(57)【要約】【課題】フローの優先度に基づいてＱｏＳをサポートし低優先度フローを制御し高優先度フローのスループットを増大させる。【解決手段】高優先度フローの発信元無線局は、発信元無線局において取得されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）と発信元無線局において計算されたパケット到着間隔（ＰＡＩ）と逆伝搬されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）及びパケット到着間隔（ＰＡＩ）とに基づいて、高優先度フローのパケット注入間隔を制御して高優先度フローのパケット信号を送信する。低優先度フローの発信元無線局は、発信元無線局において計算された偏差（ＭＤＩＩ）と逆伝搬された偏差（ＭＤＩＩ）とに基づいて、低優先度フローのパケット注入間隔を制御して低優先度フローのパケット信号を送信する。【選択図】図２０
2006101400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の無線局を備え、各無線局間で、異なる優先度を有する複数のパケットフローを用いてパケット無線通信を行う無線ネットワークのための制御装置において、
上記各パケットフローのパケット信号は、当該パケット信号が属するパケットフローの現在のパケット注入間隔（ＰＩＩ）を示すデータを含み、
上記複数のパケットフローのうちの高優先度フローを取り扱う各無線局は、上記各無線局が取り扱う高優先度フローとは異なる高優先度フローのパケット信号を受信したとき、上記受信されたパケット信号から上記異なる高優先度フローのパケット注入間隔（ＰＩＩ）を取得し、かつ上記異なる高優先度フローのパケット信号のパケット到着間隔（ＰＡＩ）を計算し、
上記高優先度フローを取り扱う無線局であってかつ上記高優先度フローの発信元無線局以外の無線局は、上記取得されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）と上記計算されたパケット到着間隔（ＰＡＩ）とを、上記高優先度フローの発信元無線局に向けて逆伝搬させ、
上記高優先度フローの発信元無線局は、当該発信元無線局において取得されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）と、当該発信元無線局において計算されたパケット到着間隔（ＰＡＩ）と、上記逆伝搬されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）及びパケット到着間隔（ＰＡＩ）とに基づいて、上記高優先度フローのパケット注入間隔を制御して上記高優先度フローのパケット信号を送信し、
上記複数のパケットフローのうちの低優先度フローを取り扱う各無線局は、上記高優先度フローのパケット信号を受信したとき、上記受信されたパケット信号から上記高優先度フローのパケット注入間隔（ＰＩＩ）を取得し、上記高優先度フローのパケット信号のパケット到着間隔（ＰＡＩ）を計算し、かつ上記取得されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）と上記計算されたパケット到着間隔（ＰＡＩ）との偏差（ＭＤＩＩ）を計算し、
上記低優先度フローを取り扱う無線局であってかつ上記低優先度フローの発信元無線局以外の無線局は、上記計算された偏差（ＭＤＩＩ）を上記低優先度フローの発信元無線局に向けて逆伝搬させ、
上記低優先度フローの発信元無線局は、当該発信元無線局において計算された偏差（ＭＤＩＩ）と上記逆伝搬された偏差（ＭＤＩＩ）とに基づいて、上記低優先度フローのパケット注入間隔を制御して上記低優先度フローのパケット信号を送信することを特徴とする無線ネットワークのための制御装置。
【請求項２】
上記高優先度フローの発信元無線局は、
当該発信元無線局において取得されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）と上記逆伝搬されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）との加重平均であるパケット注入間隔の平均値（ＰＡＰＩＩ）を計算し、
当該発信元無線局において計算されたパケット到着間隔（ＰＡＩ）と上記逆伝搬されたパケット到着間隔（ＰＡＩ）との加重平均であるパケット到着間隔の平均値（ＰＡＰＡＩ）を計算し、
上記高優先度フローの現在のパケット注入間隔（ＰＩＩ）と上記計算されたパケット注入間隔の平均値（ＰＡＰＩＩ）との平均値と、上記計算されたパケット到着間隔の平均値（ＰＡＰＡＩ）との誤差を計算し、上記計算された誤差に基づいた比例制御方法を用いて、上記高優先度フローのパケット注入間隔を制御することを特徴とする請求項１記載の無線ネットワークのための制御装置。
【請求項３】
上記低優先度フローの発信元無線局は、
当該発信元無線局において計算された偏差（ＭＤＩＩ）と上記逆伝搬された偏差（ＭＤＩＩ）との最大値である偏差の最大値（ＰＭＤＩＩ）を計算し、
上記計算された偏差の最大値（ＰＭＤＩＩ）に基づいた比例、積分及び微分（ＰＩＤ）制御方法を用いて、上記低優先度フローのパケット注入間隔を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の無線ネットワークのための制御装置。
【請求項４】
複数の無線局を備え、各無線局間で、異なる優先度を有する複数のパケットフローを用いてパケット無線通信を行う無線ネットワークのための制御方法において、
上記各パケットフローのパケット信号は、当該パケット信号が属するパケットフローの現在のパケット注入間隔（ＰＩＩ）を示すデータを含み、
上記複数のパケットフローのうちの高優先度フローを取り扱う各無線局は、上記各無線局が取り扱う高優先度フローとは異なる高優先度フローのパケット信号を受信したとき、上記受信されたパケット信号から上記異なる高優先度フローのパケット注入間隔（ＰＩＩ）を取得し、かつ上記異なる高優先度フローのパケット信号のパケット到着間隔（ＰＡＩ）を計算し、
上記高優先度フローを取り扱う無線局であってかつ上記高優先度フローの発信元無線局以外の無線局は、上記取得されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）と上記計算されたパケット到着間隔（ＰＡＩ）とを、上記高優先度フローの発信元無線局に向けて逆伝搬させ、
上記高優先度フローの発信元無線局は、当該発信元無線局において取得されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）と、当該発信元無線局において計算されたパケット到着間隔（ＰＡＩ）と、上記逆伝搬されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）及びパケット到着間隔（ＰＡＩ）とに基づいて、上記高優先度フローのパケット注入間隔を制御して上記高優先度フローのパケット信号を送信し、
上記複数のパケットフローのうちの低優先度フローを取り扱う各無線局は、上記高優先度フローのパケット信号を受信したとき、上記受信されたパケット信号から上記高優先度フローのパケット注入間隔（ＰＩＩ）を取得し、上記高優先度フローのパケット信号のパケット到着間隔（ＰＡＩ）を計算し、かつ上記取得されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）と上記計算されたパケット到着間隔（ＰＡＩ）との偏差（ＭＤＩＩ）を計算し、
上記低優先度フローを取り扱う無線局であってかつ上記低優先度フローの発信元無線局以外の無線局は、上記計算された偏差（ＭＤＩＩ）を上記低優先度フローの発信元無線局に向けて逆伝搬させ、
上記低優先度フローの発信元無線局は、当該発信元無線局において計算された偏差（ＭＤＩＩ）と上記逆伝搬された偏差（ＭＤＩＩ）とに基づいて、上記低優先度フローのパケット注入間隔を制御して上記低優先度フローのパケット信号を送信することを特徴とする無線ネットワークのための制御方法。
【請求項５】
上記高優先度フローの発信元無線局は、
当該発信元無線局において取得されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）と上記逆伝搬されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）との加重平均であるパケット注入間隔の平均値（ＰＡＰＩＩ）を計算し、
当該発信元無線局において計算されたパケット到着間隔（ＰＡＩ）と上記逆伝搬されたパケット到着間隔（ＰＡＩ）との加重平均であるパケット到着間隔の平均値（ＰＡＰＡＩ）を計算し、
上記高優先度フローの現在のパケット注入間隔（ＰＩＩ）と上記計算されたパケット注入間隔の平均値（ＰＡＰＩＩ）との平均値と、上記計算されたパケット到着間隔の平均値（ＰＡＰＡＩ）との誤差を計算し、上記計算された誤差に基づいた比例制御方法を用いて、上記高優先度フローのパケット注入間隔を制御することを特徴とする請求項４記載の無線ネットワークのための制御方法。
【請求項６】
上記低優先度フローの発信元無線局は、
当該発信元無線局において計算された偏差（ＭＤＩＩ）と上記逆伝搬された偏差（ＭＤＩＩ）との最大値である偏差の最大値（ＰＭＤＩＩ）を計算し、
上記計算された偏差の最大値（ＰＭＤＩＩ）に基づいた比例、積分及び微分（ＰＩＤ）制御方法を用いて、上記低優先度フローのパケット注入間隔を制御することを特徴とする請求項４又は５記載の無線ネットワークのための制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のノード無線局を備えた、例えば無線ＬＡＮなどの無線ネットワークにおいてパケット通信を行う、例えばアドホック無線ネットワークなどの無線ネットワークのための制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信システム及びパーソナルコンピュータの最近の進歩に伴い、移動体ルータ装置として動作する複数のノード無線局からなり、迅速に配置可能なインフラストラクチャなしのネットワークであることが想定されたアドホック無線ネットワークが研究されている。このアドホック無線ネットワークにおいて、最近、モバイルアドホックネットワークにおけるサービス品質（ＱｏＳ）を提供する課題に対して様々な解決方法が提案されている（非特許文献１及び２を参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２４４９８３号公報。
【特許文献２】特開２００１−０２４４３１号公報。
【非特許文献１】Kui Wu et al., “QoS Support in Mobile Ad hoc Networks”, Crossing Boundaries-an interdisciplinary journal, Vol.1, No.1, Fall 2001。
【非特許文献２】Satyabrata Chakrabarti et al., “QoS issues in Ad Hoc Wireless Networks”, IEEE Communications Magazine, Vol.39, No.2, pp.142-148, February 2001。
【非特許文献３】X. Pallot et al., “Implementing Message Priority Policies over an 802.11 Based Mobile Ad Hoc Network”, Proceedings of MILCOM 2001, Washington, U.S.A., October 2001。
【非特許文献４】Kolarov et al., “A control theoretic approach to the design of close loop rate based flow control for high speed ATM networks”, Proceedings of IEEE INFOCOM'97, pp.293-300, April 1997。
【非特許文献５】S. Keshav, “A control-theoretic approach to flow control”, Proceedings of ACM SIGCOMM'91, pp.3-15, Zurich, Switzerland, September 1991。
【非特許文献６】C. R. Kalmanek et al., “Rate Controlled Servers for Very High Speed Networks”, Proceedings of Globecom 1990, 300.3.1-300.3.9, December 1990。
【非特許文献７】L. Benmohamed et al., “Feedback Control of Congestion in Packet Switching Networks: The Case of a Single Congested Node”, IEEE/ACM Transactions on Networking, Vol.1, No.6, pp.693-707, 1993。
【非特許文献８】Siuli Roy et al., “A Network-Aware MAC and Routing Protocol for Effective Load Balancing in Ad Hoc Wireless Networks with Directional Antenna”, Proceedings of ACM MobiHoc 2003, Maryland, U.S.A., 1-3 June 2003。
【非特許文献９】Thyagarajan Nandagopal et al., “Service differentiation through end-to-end rate control in low bandwidth wireless packet networks”, Proceedings of the 6th International Workshop on Mobile Multimedia Communications, San Diego, California, U.S.A., November 1999。
【非特許文献１０】Seung-Seok Kang et al., “Provisioning Service Differentiation in Ad Hoc Networks by the Modification of Back off Algorithm”, International Conference on Computer Communication and Network (ICCCN) 2001, Scottsdale, Arizona, U.S.A., October 2001。
【非特許文献１１】S. Mangold et al., “IEEE 802.11e Wireless LAN for Quality of Service”, (invited paper), Proceedings of the European Wireless 2002, Florence, Italy, February 2002。
【非特許文献１２】Xue Yang et al., “Priority Scheduling in Wireless Ad Hoc Networks”, ACM International Symposium on Mobile Ad Hoc Networking and Computing (MobiHoc), June 2002。
【非特許文献１３】Vance J. VanDoren, “Understanding PID Control: Familiar examples show how and why proportional-integral-derivative controllers behave the way they do”, Control Engineering, http://www.controleng.com, June 1, 2000。
【非特許文献１４】Minorsky, “Directional Stability of automatically steered bodies”, Journal of American Social of Naval Engineering, Vol. 34, pp.284, 1922。
【非特許文献１５】G. F. Franklin et al., “Feedback Control of Dynamic Systems”, Addison-Wesley, Singapore, 1988。
【非特許文献１６】Tetsuro Ueda et al., “A Rotational Sector-based, Receiver-Oriented Mechanism for Location Tracking and Medium Access Control in Ad Hoc Networks Using Directional Antenna”, Proceedings of the IFIP conference on Personal Wireless Communications PWC 2003, Venice, Italy, September 23-25, 2003。
【非特許文献１７】T. Ueda et al., “Evaluating the Performance of Wireless Ad Hoc Network Testbed Smart Antenna”, Fourth IEEE Conference on Mobile and Wireless Communication Networks (MWCN2002), September 2002。
【非特許文献１８】QualNet Simulator Version 3.1, Scalable Network Technologies, http://www.scalable-networks.com, accessible on June 11, 2004。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、非特許文献３で指摘されているように、移動体無線チャンネルの帯域幅が限定されているために、トラフィックフローのあらゆるクラスに同じＱｏＳを与えることができない。従って、あるクラスに他のクラスを上回る優先度を割り当てることにより各クラスに異なるＱｏＳを提供するための何らかの手段を実装する必要がある。有線環境に対してはいくつかの解決方法がすでに存在するが、こうした解決方法は、アドホック無線ネットワークにおいては、共用される通信環境とホスト無線局装置の移動性とに起因してうまく機能しない。
【０００５】
一部の研究者らは、ネットワーク内の輻輳を制御し、フローに基づくエンド・ツー・エンドのＱｏＳを提供し、かつ公平さの問題に対処するための、有線ネットワークのコンテキストにおけるフローレート制御用の制御理論的アプローチの概念について探究している（非特許文献４乃至７を参照）。非特許文献４では、利用可能なビットレートでのサービスをサポートするコントローラを設計する際に使用可能な制御機構が提案され、当該機構では、複数のユーザは、複数の分散されたコントローラにてなる適当なセットをフローレートのフィードバックに基づいて調整することにより、利用可能な帯域幅を公平な形で動的に共用する。非特許文献５では、予約なしのネットワークにおけるトランスポート接続を制御するために使用可能な制御理論的アプローチを提示している。これらのフロー制御方式は帰還型制御機構を使用し、この機構により、ネットワーク内に存在する複数のフローは、所定の瞬間におけるネットワークの状態に依存して利用可能な帯域幅をそれらのフロー間で等しく共用することができる。しかしながらこれらの方式は、いくつかのフローを他のフローよりも優先するという、優先度に基づくサービスの問題をまったく取り扱っていない。さらに、これらの非特許文献で調査されているのは有線ネットワーク環境である。
【０００６】
アドホック無線ネットワークにおける２つのフローのルートは、共通のノード無線局を共用する場合に、もしくは互いに干渉し合うほど近接している場合には互いに影響し合い、ルートカップリングを生じさせる（非特許文献８を参照）。この場合、これら２つのルート内の複数のノード無線局は、それらが共用する媒体へアクセスするために常に競合する。このような状況においては、低優先度フローのフローレートが低減されると、高優先度フローは、複数のフローによって共用されている媒体へアクセスするためのより大きな機会を得ることになり、結果として輻輳が低減し、高優先度フローのスループットが増大する。このように、優先度に基づくフロー制御は、異なるクラスの複数のフローにサービスの差別化を提供するための効果的な手段である。
【０００７】
研究者らの中には、サービスの差別化を達成するためにトランスポート層にエンド・ツー・エンドのフロー制御を導入している者もいる（非特許文献９を参照）。しかしながら、これらの方式では、高優先度のトラフィックフローに対して所望のレートを保証することができない。フローレート制御を用いたサービス差別化に関する非特許文献９の研究は、個別化されたフロー制御に焦点を合わせている。この場合、複数のフローは、エンド・ツー・エンドのフィードバックに基づいてレートベクトルを用いて個別に制御され、高優先度フローのフローレートは低優先度フローのフローレートよりも緩やかに抑制される。よって、高優先度フローのフローレートは増大するものの、所望のフローレベルを保持できない可能性がある。
【０００８】
また、サービスの差別化に関する他の既存のＭＡＣ層（メディアアクセス制御層）の解決方法として、非特許文献１０乃至１２に開示された技術が存在する。ＭＡＮＥＴ（Mobile Ad Hoc Network）においては、ＭＡＣ層におけるトラフィックフローの優先度に従ってフレーム間隔（ＩＦＳ）と競合窓（コンテンションウィンドウ：ＣＷ）のサイズとを変化させることと、バックオフアルゴリズムを適宜変更することとにより、ＱｏＳをサポートするいくつかの試みが行われている。しかしながらこれは、高優先度のパケットがデータ通信のための媒体に対して常に競合なしでアクセスすることを保証するものではない（非特許文献１２を参照）。これらの方式では、媒体を求めて競合する複数の高優先度フローは、保証された公平な媒体へのアクセスを必ずしも獲得できるわけではない。さらに、高優先度のトラフィックフローが存在しない場合の複数の低優先度のトラフィックフローは、大きな競合窓を選択する可能性があり、このことは媒体の不十分な利用をもたらす可能性がある。
【０００９】
上述の文献において取り組まれていないＭＡＣ層におけるＱｏＳに係る他の重要な側面として、パケット伝送率がある。中間のノード無線局のＭＡＣ層において、低優先度のパケットは、増大されたバックオフカウンタを選択している状態で発見される場合がしばしばあるが、このカウンタ値は発信元無線局には未知のままであり、そのため、発信元無線局はなお非常に高いレートでパケットを注入し続けている可能性がある。その結果、低優先度フローを取り扱う中間のノード無線局に非常に高いレートで到来するパケットは、ＭＡＣ層による迅速なサービス提供を受けることなくキューメモリに格納されたままとなり、このパケットは、キューメモリのオーバーフローにより廃棄される可能性がある。
【００１０】
本発明の目的は以上の問題点を解決し、異なる複数の優先度のフローが存在するアドホック無線ネットワークにおいて、各フローの優先度に基づいて当該フローのＱｏＳをサポートすることができ、これにより、高優先度フローに対する低優先度フローの干渉を最小限にするように低優先度フローを制御し、高優先度フローのスループットを増大させることができる無線ネットワークのための制御装置及び制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明に係る無線ネットワークのための制御装置は、複数の無線局を備え、各無線局間で、異なる優先度を有する複数のパケットフローを用いてパケット無線通信を行う無線ネットワークのための制御装置において、
上記各パケットフローのパケット信号は、当該パケット信号が属するパケットフローの現在のパケット注入間隔（ＰＩＩ）を示すデータを含み、
上記複数のパケットフローのうちの高優先度フローを取り扱う各無線局は、上記各無線局が取り扱う高優先度フローとは異なる高優先度フローのパケット信号を受信したとき、上記受信されたパケット信号から上記異なる高優先度フローのパケット注入間隔（ＰＩＩ）を取得し、かつ上記異なる高優先度フローのパケット信号のパケット到着間隔（ＰＡＩ）を計算し、
上記高優先度フローを取り扱う無線局であってかつ上記高優先度フローの発信元無線局以外の無線局は、上記取得されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）と上記計算されたパケット到着間隔（ＰＡＩ）とを、上記高優先度フローの発信元無線局に向けて逆伝搬させ、
上記高優先度フローの発信元無線局は、当該発信元無線局において取得されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）と、当該発信元無線局において計算されたパケット到着間隔（ＰＡＩ）と、上記逆伝搬されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）及びパケット到着間隔（ＰＡＩ）とに基づいて、上記高優先度フローのパケット注入間隔を制御して上記高優先度フローのパケット信号を送信し、
上記複数のパケットフローのうちの低優先度フローを取り扱う各無線局は、上記高優先度フローのパケット信号を受信したとき、上記受信されたパケット信号から上記高優先度フローのパケット注入間隔（ＰＩＩ）を取得し、上記高優先度フローのパケット信号のパケット到着間隔（ＰＡＩ）を計算し、かつ上記取得されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）と上記計算されたパケット到着間隔（ＰＡＩ）との偏差（ＭＤＩＩ）を計算し、
上記低優先度フローを取り扱う無線局であってかつ上記低優先度フローの発信元無線局以外の無線局は、上記計算された偏差（ＭＤＩＩ）を上記低優先度フローの発信元無線局に向けて逆伝搬させ、
上記低優先度フローの発信元無線局は、当該発信元無線局において計算された偏差（ＭＤＩＩ）と上記逆伝搬された偏差（ＭＤＩＩ）とに基づいて、上記低優先度フローのパケット注入間隔を制御して上記低優先度フローのパケット信号を送信することを特徴とする。
【００１２】
また、上記無線ネットワークのための制御装置において、上記高優先度フローの発信元無線局は、
当該発信元無線局において取得されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）と上記逆伝搬されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）との加重平均であるパケット注入間隔の平均値（ＰＡＰＩＩ）を計算し、
当該発信元無線局において計算されたパケット到着間隔（ＰＡＩ）と上記逆伝搬されたパケット到着間隔（ＰＡＩ）との加重平均であるパケット到着間隔の平均値（ＰＡＰＡＩ）を計算し、
上記高優先度フローの現在のパケット注入間隔（ＰＩＩ）と上記計算されたパケット注入間隔の平均値（ＰＡＰＩＩ）との平均値と、上記計算されたパケット到着間隔の平均値（ＰＡＰＡＩ）との誤差を計算し、上記計算された誤差に基づいた比例制御方法を用いて、上記高優先度フローのパケット注入間隔を制御することを特徴とする。
【００１３】
さらに、上記無線ネットワークのための制御装置において、上記低優先度フローの発信元無線局は、
当該発信元無線局において計算された偏差（ＭＤＩＩ）と上記逆伝搬された偏差（ＭＤＩＩ）との最大値である偏差の最大値（ＰＭＤＩＩ）を計算し、
上記計算された偏差の最大値（ＰＭＤＩＩ）に基づいた比例、積分及び微分（ＰＩＤ）制御方法を用いて、上記低優先度フローのパケット注入間隔を制御することを特徴とする。
【００１４】
第２の発明に係る無線ネットワークのための制御方法は、複数の無線局を備え、各無線局間で、異なる優先度を有する複数のパケットフローを用いてパケット無線通信を行う無線ネットワークのための制御方法において、
上記各パケットフローのパケット信号は、当該パケット信号が属するパケットフローの現在のパケット注入間隔（ＰＩＩ）を示すデータを含み、
上記複数のパケットフローのうちの高優先度フローを取り扱う各無線局は、上記各無線局が取り扱う高優先度フローとは異なる高優先度フローのパケット信号を受信したとき、上記受信されたパケット信号から上記異なる高優先度フローのパケット注入間隔（ＰＩＩ）を取得し、かつ上記異なる高優先度フローのパケット信号のパケット到着間隔（ＰＡＩ）を計算し、
上記高優先度フローを取り扱う無線局であってかつ上記高優先度フローの発信元無線局以外の無線局は、上記取得されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）と上記計算されたパケット到着間隔（ＰＡＩ）とを、上記高優先度フローの発信元無線局に向けて逆伝搬させ、
上記高優先度フローの発信元無線局は、当該発信元無線局において取得されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）と、当該発信元無線局において計算されたパケット到着間隔（ＰＡＩ）と、上記逆伝搬されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）及びパケット到着間隔（ＰＡＩ）とに基づいて、上記高優先度フローのパケット注入間隔を制御して上記高優先度フローのパケット信号を送信し、
上記複数のパケットフローのうちの低優先度フローを取り扱う各無線局は、上記高優先度フローのパケット信号を受信したとき、上記受信されたパケット信号から上記高優先度フローのパケット注入間隔（ＰＩＩ）を取得し、上記高優先度フローのパケット信号のパケット到着間隔（ＰＡＩ）を計算し、かつ上記取得されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）と上記計算されたパケット到着間隔（ＰＡＩ）との偏差（ＭＤＩＩ）を計算し、
上記低優先度フローを取り扱う無線局であってかつ上記低優先度フローの発信元無線局以外の無線局は、上記計算された偏差（ＭＤＩＩ）を上記低優先度フローの発信元無線局に向けて逆伝搬させ、
上記低優先度フローの発信元無線局は、当該発信元無線局において計算された偏差（ＭＤＩＩ）と上記逆伝搬された偏差（ＭＤＩＩ）とに基づいて、上記低優先度フローのパケット注入間隔を制御して上記低優先度フローのパケット信号を送信することを特徴とする。
【００１５】
また、上記無線ネットワークのための制御方法において、上記高優先度フローの発信元無線局は、
当該発信元無線局において取得されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）と上記逆伝搬されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）との加重平均であるパケット注入間隔の平均値（ＰＡＰＩＩ）を計算し、
当該発信元無線局において計算されたパケット到着間隔（ＰＡＩ）と上記逆伝搬されたパケット到着間隔（ＰＡＩ）との加重平均であるパケット到着間隔の平均値（ＰＡＰＡＩ）を計算し、
上記高優先度フローの現在のパケット注入間隔（ＰＩＩ）と上記計算されたパケット注入間隔の平均値（ＰＡＰＩＩ）との平均値と、上記計算されたパケット到着間隔の平均値（ＰＡＰＡＩ）との誤差を計算し、上記計算された誤差に基づいた比例制御方法を用いて、上記高優先度フローのパケット注入間隔を制御することを特徴とする。
【００１６】
さらに、無線ネットワークのための制御方法において、上記低優先度フローの発信元無線局は、
当該発信元無線局において計算された偏差（ＭＤＩＩ）と上記逆伝搬された偏差（ＭＤＩＩ）との最大値である偏差の最大値（ＰＭＤＩＩ）を計算し、
上記計算された偏差の最大値（ＰＭＤＩＩ）に基づいた比例、積分及び微分（ＰＩＤ）制御方法を用いて、上記低優先度フローのパケット注入間隔を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
従って、本発明によれば、異なる複数の優先度のフローが存在するアドホック無線ネットワークにおいて、各フローの優先度に基づいて当該フローのＱｏＳをサポートすることができ、これにより、高優先度フローに対する低優先度フローの干渉を最小限にするように低優先度フローを制御し、高優先度フローのスループットを増大させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
本発明に係る実施形態においては、上述の問題点を解決し、適応型レート制御に従って無線媒体の十分な利用が達成されるように、高優先度フロー（高優先度を有するパケット信号を発信元無線局から宛先無線局に対して所定の無線媒体ルート上のフローを介して伝送するときのセッション接続のフローをいう。）を所望のレベルに保持しながら、低優先度フロー（高優先度よりも低い優先度である低優先度を有するパケット信号を発信元無線局から宛先無線局に対して所定の無線媒体ルート上のフローを介して伝送するときのセッション接続のフローをいう。）を適応的に最大化することができる無線ネットワークのための制御装置を含む制御システムを提供する。ここで、高優先度フローにこの望ましいサービスの差別化を提供するためには、高優先度フローとの干渉の原因である低優先度フローが、そのルート上の各ノード無線局において高優先度フローのフローレートを検出してこれを測定し、最終的に制御理論的アプローチを使用して当該低優先度フローのフローレートを調整し、高優先度フローがその所望レベルに保持されるように制御するとともに、複数の高優先度フローが存在して互いに干渉する場合、１つの高優先度フローのルート上における各ノード無線局において他の高優先度フローのフローレートを検出してこれを測定し、各高優先度フローのフローレートを公平に保持するように制御するフローレート制御アルゴリズムが必要である。このフローレートの検出及び測定は、発信元無線局から宛先無線局までのルーティングに関与する各ノード無線局のＭＡＣ層において行う必要がある。
【００２０】
図１は、本発明に係る一実施形態の無線通信システムであるアドホック無線ネットワークの構成を示す複数のノード無線局１−１乃至１−９（総称して、符号１を付す。）の平面配置図であり、図２は、図１の各ノード無線局１の構成を示すブロック図である。
【００２１】
この実施形態の無線通信システムは、例えば無線ＬＡＮなどのアドホック無線ネットワークのパケット通信システムに適用するものであって、各ノード無線局１は、無指向性のオムニパターンと、所定の方位角幅を有するセクターパターンと、上記セクターパターンを回転しながら走査する回転セクターパターンとを少なくとも用いて放射パターンの制御を実行する可変ビームアンテナ１０１を備え、以下の処理を実行することを特徴としている。
（ｉ）自局のサービスエリア内の各ノード無線局１に対してオムニパターンを用いてブロードキャストで自局ＩＤを含むビーコン信号を送信する。
（ｉｉ）回転セクターパターンを用いて上記ビーコン信号を受信し、上記ビーコン信号の方位角と信号強度レベルとノード無線局ＩＤ（すなわち、送信局ＩＤ）を検出することにより、上記複数のノード無線局１のうちのサービスエリア内の各ノード無線局１に対する、方位角と信号強度レベルを方位角及び信号強度レベルテーブル（以下、ＡＳテーブルという。なお、ＡＳはAngle-Signal Strengthの略である。）としてデータベースメモリ１５４に記憶する。
（ｉｉｉ）パケット信号を宛先無線局に伝送するときに、当該ＡＳテーブルにより示される方位角のセクターパターンを用いて当該宛先無線局に対してパケット信号を送信することにより、パケット信号をルーティングする。
（ｉｖ）従来技術に係るＲＴＳ（Request To Send）／ＣＴＳ（Clear To Send）信号の基本的な通信手順をベースとして用い、図４（ａ）に示す信号フォーマットを有するＲＴＳパケット信号（以下、ＲＴＳ信号という。）と、図４（ｂ）に示す信号フォーマットを有するＣＴＳパケット信号（以下、ＣＴＳ信号という。）とを用いて、図１９乃至図２３のパケット送受信制御処理を実行することにより、以下の信号処理を実行する。
【００２２】
（ａ）複数のパケットフローのうちの高優先度フローを取り扱う各ノード無線局１は、上記各ノード無線局１が取り扱う高優先度フローとは異なる高優先度フローのＲＴＳ信号又はＣＴＳ信号であるパケット信号を受信したとき、受信されたパケット信号から上記異なる高優先度フローのパケット注入間隔（Packet Injection Interval：ＰＩＩ）を取得して（図４（ａ）及び（ｂ）を参照）、データベースメモリ１５４内のＰＩＩテーブルに記憶するとともに、式（５）を用いて、上記異なる高優先度フローのパケット信号のパケット到着間隔（Packet Arrival Interval：ＰＡＩ）を計算して、データベースメモリ１５４内のＰＡＩテーブルに記憶する（図２１のステップＳ５１）。高優先度フローを取り扱うノード無線局であってかつこの高優先度フローの発信元無線局以外のノード無線局は、取得されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）と計算されたパケット到着間隔（ＰＡＩ）とを、ＣＴＳ信号を用いて高優先度フローの発信元無線局に向けて逆伝搬させる（図２１のステップＳ５４又は図２２のステップＳ５９）。高優先度フローの発信元無線局は、この発信元無線局で取得された他の高優先度フローのパケット注入間隔（ＰＩＩ）と、他のノード無線局から逆伝搬されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）との加重平均であるパケット注入間隔の平均値（Propagated Average Packet Injection Interval：ＰＡＰＩＩ）を計算し、この発信元無線局で計算された他の高優先度フローのパケット到着間隔（ＰＡＩ）と、他のノード無線局から逆伝搬されたパケット到着間隔（ＰＡＩ）との加重平均であるパケット到着間隔の平均値（Propagated Average Packet Arrival Interval：ＰＡＰＡＩ）を計算し、高優先度フローのこの発信元無線局による現在のパケット注入間隔（ＰＩＩ）と計算されたパケット注入間隔の平均値（ＰＡＰＩＩ）との平均値と、上記計算されたパケット到着間隔の平均値（ＰＡＰＡＩ）との誤差を式（１５）を用いて計算し、計算された誤差に基づいた式（１６）の比例制御方法を用いて高優先度フローのパケット注入間隔を制御して、高優先度フローのパケット信号を送信する（図２１のステップＳ５３又は図２２のステップＳ５８）。
（ｂ）複数のパケットフローのうちの低優先度フローを取り扱う各ノード無線局１は、高優先度フローのパケット信号を受信したとき、受信されたパケット信号から高優先度フローのパケット注入間隔（ＰＩＩ）を取得して（図４（ａ）及び（ｂ）を参照）、データベースメモリ１５４内のＰＩＩテーブルに記憶するとともに、式（５）を用いて、上記高優先度フローのパケット信号のパケット到着間隔（ＰＡＩ）を計算して、データベースメモリ１５４内のＰＡＩテーブルに記憶し（図２０のステップＳ３６）、取得されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）と計算されたパケット到着間隔（ＰＡＩ）との偏差（ＭＤＩＩ）を計算する。低優先度フローを取り扱うノード無線局であってかつこの低優先度フローの発信元無線局以外のノード無線局は、計算された偏差（ＭＤＩＩ）を、ＣＴＳ信号を用いて低優先度フローの発信元無線局に向けて逆伝搬させる（図２０のステップＳ３９又はＳ４４）。低優先度フローの発信元無線局は、この発信元無線局で計算された偏差（ＭＤＩＩ）と、他のノード無線局から逆伝搬された偏差（ＭＤＩＩ）との最大値である偏差の最大値（ＰＭＤＩＩ）を計算し、計算された偏差の最大値（ＰＭＤＩＩ）に基づいた式（１４）の比例、積分及び微分（ＰＩＤ）制御方法を用いて低優先度フローのパケット注入間隔を制御して、低優先度フローのパケット信号を送信する（図２０のステップＳ３８又はＳ４３）。
【００２３】
この実施形態に係る無線通信システムでは、図１に示すように、複数のノード無線局１が平面的に散在して存在し、各ノード無線局１はそれぞれ、可変ビームアンテナ１０１の利得や送信電力、受信感度などのパラメータで決定される所定のサービスエリアを有し、このサービスエリア内でパケット通信を行うことができ、サービスエリア外のノード無線局１とパケット通信を行うときは、サービスエリア内のノード無線局１を中継局として用いてパケットデータを中継することにより、所望の宛先無線局１にパケットデータを伝送する。すなわち、各ノード無線局１は、パケットのルーティングを行うルータ装置を備え、発信端末、中継局、又は宛先端末として動作する。
【００２４】
次いで、図２を参照して、各ノード無線局１の装置構成について説明する。図２において、ノード無線局１は、可変ビームアンテナ１０１と、その指向性を制御するための放射パターン制御部１０３と、サーキュレータ１０２と、データパケット送信部１４０及びデータパケット受信部１３０を有するデータパケット送受信部１０４と、トラヒックモニタ部１０５と、回線制御部１０６と、上位レイヤ処理部１０７とを備える。
【００２５】
送受信すべきデータを処理する上位レイヤ処理装置１０７に従って発生されたパケット形式の通信用送信信号データは、送信バッファメモリ１４２を介して変調器１４３に入力され、変調器１４３は、所定の無線周波数の搬送波信号を、拡散符号発生器１６０でＣＤＭＡ方式で発生された所定の通信チャンネル用拡散符号を用いて、入力された通信用送信信号データに従ってスペクトル拡散変調して、変調後の送信信号を高周波送信機１４４に出力する。高周波送信機１４４は入力された送信信号に対して増幅などの処理を実行した後、サーキュレータ１０２を介して可変ビームアンテナ１０１から他のノード無線局１に向けて送信する。一方、可変ビームアンテナ１０１で受信されたパケット形式の通信チャンネル用受信信号は、サーキュレータ１０２を介して高周波受信機１３１に入力され、高周波受信機１３１は入力された受信信号に対して低雑音増幅などの処理を実行した後、復調器１３２に出力する。復調器１３２は、入力される受信信号を、拡散符号発生器１６０でＣＤＭＡ方式で発生された通信チャンネル用拡散符号を用いて、スペクトル逆拡散により復調して、復調後の受信信号データを受信バッファメモリ１３３を介して上位レイヤ処理装置１０７に出力するとともに、トラヒックモニタのためにトラヒックモニタ部１０５に出力する。
【００２６】
本実施形態においては、可変指向性アンテナである可変ビームアンテナ１０１は、複数のアンテナ素子とその指向性を制御する放射パターン制御部１０３から構成されるものであって、より具体的には、無線信号が給電される給電素子と、この給電素子から所定の間隔だけ離れて設けられ、無線信号が給電されない複数個の非給電素子と、これら各非給電素子に接続された可変リアクタンス素子とから成るアレーアンテナを備え、上記各可変リアクタンス素子のリアクタンス値を変化させることにより、上記アレーアンテナの指向特性を変化させる、特許文献２において開示された、いわゆる電子制御導波器アレーアンテナ装置を用いることができる。本実施形態においては、可変ビームアンテナ１０１は、例えば所定のビーム幅を有するメインビームの方向を、所定の走査間隔で電気的な制御により変更可能であり、以下の放射パターンを選択的に設定して動作する。
【００２７】
（ｉ）無指向性のオムニパターン。
（ｉｉ）所定の方位角幅を有するセクターパターン。
（ｉｉｉ）上記セクターパターンを所定の方位角（例えば３０度）毎に回転しながら走査する回転セクターパターン。
（ｉｖ）例えば、公知の最急勾配法などの適応制御方法を用いて可変ビームアンテナ１０１の主ビームを所望波の方向に向けかつ干渉波の方向にヌルを向ける適応制御パターン。
【００２８】
なお、可変ビームアンテナ１０１については、例えば、公知のフェーズドアレーアンテナ装置であってもよい。
【００２９】
トラヒックモニタ部１０５は、管理制御部１５１と、検索エンジン１５２と、更新エンジン１５３と、データベースメモリ１５４とを備え、後述のパケット送受信制御処理を実行するとともに、ノード無線局１が他のノード無線局１とのパケット通信において使用すべき通信チャンネルを決定して、決定した通信チャンネルに対応する拡散符号の指定データを回線制御部１０６を介して拡散符号発生器１６０に送ることにより、拡散符号発生器１６０が当該指定データに対応する拡散符号を発生するように制御するとともに、決定した通信チャンネルに対応するタイムスロットの指定データを回線制御部１０６を介して送信タイミング制御部１４１に送ることにより、送信タイミング制御部１４１が送信バッファメモリ１４２による通信チャンネル用送信信号データの書き込み及び読み出しを制御することにより通信チャンネル用送信信号が対応するタイムスロットで送信されるように制御する。
【００３０】
トラヒックモニタ部１０５の検索エンジン１５２は、管理制御部１５１の制御によりデータベースメモリ１５４内のデータを検索して検索したデータを管理制御部１５１に返信する。また、更新エンジン１５３は、管理制御部１５１の制御によりデータベースメモリ１５４内のデータを更新する。さらに、データベースメモリ１５４には、方位角及び信号強度レベルテーブル（ＡＳテーブル）、パケット到着間隔テーブル（ＰＡＩテーブル）及びパケット注入間隔テーブル（ＰＩＩテーブル）を記憶する。
【００３１】
データベースメモリ１５４に格納されたＡＳテーブルは、図１２に示すように、自局のサービスエリア内の隣接ノード無線局毎に、方位角と、信号強度レベルの情報を格納し、後述するパケット送受信制御処理により作成更新される。また、データベースメモリ１５４に格納されたＰＡＩテーブルは、図１３に示すように、無線局１において定義された複数の方位角のそれぞれに対応して、複数の異なる高優先度フローのパケット到着間隔ＰＡＩを格納する。データベースメモリ１５４に格納されたＰＩＩテーブルは、図１４に示すように、複数の異なる高優先度フローの通信ＩＤのそれぞれに対応して、当該高優先度フローのパケット注入間隔ＰＩＩを格納する。
【００３２】
本実施形態に係るアドホック無線ネットワークはパケット通信システムであり、このパケット通信システムで用いるパケットデータは、図３に示す一般的な形式のフォーマットを有する。すなわち、パケットデータは、宛先のＩＤと、パケット種別（ビーコン、ＲＴＳ、ＣＴＳ、ＤＡＴＡ、ＡＣＫなど）と、自局のＩＤと、データ（上位レイヤでのデータなどを含む）とを含む。なお、本実施形態では、図４（ａ）に示すような特殊なフォーマット形式のＲＴＳ信号と、図４（ｂ）に示すような特殊なフォーマット形式のＣＴＳ信号を使用する。
【００３３】
ＲＴＳ信号は、図４（ａ）に示すように、受信局ＩＤフィールド、パケット種別フィールド、送信局ＩＤフィールド、通信ＩＤフィールド、優先度レベルフィールド、ＰＩＩフィールド、伝送すべきデータのフィールドを含む。ここで、通信ＩＤフィールドは、そのパケットが帰属するフローの通信ＩＤを示すために付加され、優先度レベルフィールドは、そのパケットが帰属するフローの優先度レベル（すなわち、高優先度フロー又は低優先度フロー）を示すために付加され、ＰＩＩフィールドは、そのパケットが帰属するフローの現在のパケット注入間隔を示すために付加されている。ＲＴＳ信号における通信ＩＤフィールド、優先度レベルフィールド及びＰＩＩフィールドは、進行中の通信の優先度レベル及び現在のパケット注入間隔を近傍のノード無線局に通知させるために必要とされる。
【００３４】
ＣＴＳ信号は、図４（ｂ）に示すように、当該信号が高優先度フローのＣＴＳ信号である場合には、受信局ＩＤフィールド、パケット種別フィールド、送信局ＩＤフィールド、通信ＩＤフィールド、優先度レベルフィールド（高優先度フロー又は低優先度フロー）、ＰＩＩフィールド、ＰＡＰＡＩ及びＰＡＰＩＩフィールド、伝送すべきデータのフィールドを含む。ＣＴＳ信号の受信局ＩＤフィールド内のデータは、ＲＴＳ信号の送信局ＩＤフィールド内のデータと同じであり、ＣＴＳ信号の送信局ＩＤフィールド内のデータは、ＲＴＳ信号の受信局ＩＤフィールド内のデータと同じである。ＣＴＳ信号における通信ＩＤフィールド、優先度レベルフィールド及びＰＩＩフィールドは、ＲＴＳ信号の場合と同様に、進行中の通信の優先度レベル及び現在のパケット注入間隔を近傍のノード無線局に通知させるために必要とされる。ＰＡＰＡＩ及びＰＡＰＩＩフィールドはそれぞれ、当該ＣＴＳ信号が帰属する高優先度フローのルートの近傍における他の高優先度フローに帰属するパケット信号のＰＡＩ及びＰＩＩに基づくデータである。このことは、複数の高優先度フローが互いのフローレートを保護しかつ媒体を最大限に利用して共通のフローレートを達成するように当該高優先度フローのフローレートを繰り返し適応的に調整できるということを示す。また、ＣＴＳ信号が低優先度フローのＣＴＳ信号である場合には、ＰＡＰＡＩ及びＰＡＰＩＩフィールドに代えて、ＰＭＤＩＩフィールドを含む。ＰＭＤＩＩフィールドは、当該ＣＴＳ信号が帰属する低優先度フローのルートの近傍における他の高優先度フローに帰属するパケット信号に係るパケット注入間隔（ＰＩＩ）からのパケット到着間隔（ＰＡＩ）の偏差を含む。低優先度フローのルート上における中間のノード無線局によって感知された高優先度フローのフローレートに係るこの誤差情報は、低優先度フローの発信元無線局に向けて逆伝搬されることによって、低優先度フローの発信元無線局へのフィードバックとして作用する。これは、高優先度フローのパケット信号を伝送する各ノード無線局が媒体にアクセスする機会を最大化することができ、かつそれらの高優先度フローの期待されたパケット到着間隔が保持されるように、低優先度フローがそのフローレートを繰り返し適応的に調整できることを示している。これらＲＴＳ信号やＣＴＳ信号の送受信処理については詳細後述する。
【００３５】
次いで、本実施形態に係るアドホック無線ネットワークで用いるＭＡＣ通信プロトコルについて以下に説明する。本実施形態に係るアドホック無線ネットワークにおいて、互いに無線通信を行う１組のノード無線局１は２次元的な閉鎖空間内を動き回り、共通の無線通信チャンネルを共有するものと仮定する。各ノード無線局１は、上述の４個の放射パターンを有する、例えば電子制御導波器アレーアンテナ装置である可変ビームアンテナ１０１を備える。各ノード無線局１は一度に送信又は受信の何れかを実行可能であるが、１つのノード無線局１で複数の送受信を行うことはできない。
【００３６】
ＩＥＥＥ８０２．１１のＭＡＣプロトコル基準では、ＲＴＳ／ＣＴＳ／ＤＡＴＡ／ＡＣＫアクセス制御方式を用いて、高信頼性のデータ通信が保証されているが、本実施形態に係る方法では、このアクセス制御方式をベースとして、ＡＳテーブルを形成するためのフェーズが追加の命令信号や応答信号と共に加えられる。従って、データ通信は周期的な、ＡＳテーブル生成フェーズの合間に実行される。また、各フレームにはトレーニングシーケンスが追加されて送受信アンテナによるそのビーム及びヌルの制御及び適応制御モードへの移行が可能にされる。
【００３７】
図１７は、本実施形態に係る４方向ハンドシェイクのアンテナモードの使用例を示している。適応制御パターンは移動中の端末を追跡することはできるが、ビーム及びヌルはパケット信号が受信されなければ形成され得ない。従って、ＲＴＳ送信及びＲＴＳ／ＣＴＳ受信における開始部分では、オムニパターンとセクターパターンが使用される。さらに、待ちノード無線局１は指向性ＲＴＳ信号がどの方向から到着するかを認識しないため、回転セクターパターンが使用される。本実施形態に係るＡＳテーブルの場合のＲＴＳ信号の送信時間は、特許文献１において開示された従来技術のＭＡＣプロトコルで用いるＳＩＮＲテーブルにおけるＲＴＳ信号の送信時間の２倍であることに注意を要する。また、ＲＴＳ信号の送信及びＣＴＳ信号の受信におけるセクターパターンのビームの方向は、図１２のＡＳテーブルから得ることができる。
【００３８】
次いで、図１のアドホック無線ネットワークにおいて用いられる各ノード無線局での放射パターンの種類と無線通信プロトコルを示すタイミングチャートである図１７の制御パターンについて以下に詳細に説明する。まず、ＲＴＳ信号の送信元無線局はＡＳテーブルにより示されるＲＴＳ信号の受信側無線局にビームを向けるセクターパターンを用いて当該受信側無線局に対してＲＴＳ信号を送信する一方、受信側無線局は回転セクターパターンを用いてＲＴＳ信号を受信し、上記ＲＴＳ信号内のノード無線局ＩＤを検出したときは、当該送信元無線局のノード無線局ＩＤに基づいて方位角及び信号強度レベルテーブルにより示される当該送信元無線局にビームを向けるセクターパターンを介して適応制御パターンに変更してＲＴＳ信号を受信する。次いで、受信側無線局は、引き続き上記適応制御パターンを用いてＣＴＳ信号を送信元無線局に送信する一方、送信元無線局は上記セクターパターンから上記適応制御パターンに変更してＣＴＳ信号を受信することにより、受信側無線局との無線リンクを確立する。その後、送信元無線局及び受信側無線局はともに、上記適応制御パターンを用いてデータ信号及びＡＣＫ信号の送受信を実行する。すなわち、送信元無線局は適応制御パターンを用いてデータ信号を送信する一方、受信側無線局は送信されたデータ信号を適応制御パターンを用いて受信する。次いで、受信側無線局は、データ信号を受信したことの確認信号としてＡＣＫ信号を適応制御パターンを用いて送信元無線局に対して送信し、一方、送信元無線局はこのＡＣＫ信号を適応制御パターンを用いて受信する。
【００３９】
図１７に図示する本実施形態に係る制御パターンにおいては、ＲＴＳ信号の受信から、セクターパターンから適応制御パターンに変更したアンテナの放射パターンを、受信側無線局及び送信元無線局において用いているが、適応制御パターンを用いず、セクターパターンのみを用いるようにしてもよい。
【００４０】
図１２のＡＳテーブルを使用する本実施形態に係るＭＡＣプロトコルにおいては、各ノード無線局１は下記のステップを周期的に実行する。
【００４１】
（ｉ）ノード無線局１−ｉ，１−ｊ，１−ｋに隣接したノード無線局１−ｎは、常に回転セクターパターンを用いた受信モードで待機している。回転セクターパターンを用いる場合、ノード無線局１−ｎはその可変ビームアンテナ１０１を制御し、ビームを各方向に順次に向けるように全方向にわたって変化させて、ビーム方向を変化させる毎に信号を受信して検出する。本実施形態においては、３０度のビーム幅を有しかつ水平面内で互いに隣接した１２個のセクターパターンを順次に用いて、３６０度にわたる全方位角を走査する。
（ｉｉ）無線チャンネルが空いている場合はいつでも、各ノード無線局１はオムニパターンを用いてビーコン信号をその近傍のノード無線局に対して送信する。本実施形態に係るＭＡＣプロトコルを用いた方法では、図１８が示すようにビーコンとして２つのパケット信号が順次送信される。ビーコンの第１のパケット信号は、回転セクターパターンを用いて受信するノード無線局が、ビーコン信号が送信中であるか否かについて検出することを援助する。次いで、ビーコンを受信するノード無線局は、ビーコンの第２のパケット信号を受信して復号化する。ビーコンの第２のパケット信号は、ノード無線局ＩＤを含んでいる。ここで、セクターパターンを回転させながら待機している各ノード無線局がそのセクターパターンを全１２方向にわたって回転させる時間は、ビーコン信号である１つのパケット信号の持続時間よりも短く設定される必要がある。
（ｉｉｉ）回転セクターパターンでは、ノード無線局１−ｎがそのアンテナパターンを回転させる間に回転セクターパターンのうちの１つのセクターパターンにおいて他のノード無線局１−ｉからのビーコンの第１のパケット信号を検出すると、ノード無線局１−ｎはその第１のパケット信号を検出した際のセクターパターンにおいて回転を停止し、ノード無線局１−ｉからのビーコンの第２のパケット信号を受信する。ノード無線局１−ｎは、第２のパケット信号の信号強度レベルを測定しかつノード無線局１−ｉのノード無線局ＩＤを復号化すると、第１のパケット信号を検出した際のセクターパターンの方位角をそのビーコン信号を送信した隣接ノード無線局１−ｉの方位角とする。
（ｉｖ）ノード無線局１−ｎは、ノード無線局１−ｎのＡＳテーブルのノード無線局１−ｉのエントリにこれら検出された情報の書き込みをする。図１２において、方位角ＡＮＧＬＥｎ，ｉ（ｔ）は、時刻ｔにおいてノード無線局１−ｎがノード無線局１−ｉからのビーコン信号を受信した際にノード無線局１−ｎ上に設定されたセクターパターンの、ノード無線局１−ｉに向いたビーム方向の方位角であり、ＳＩＧＮＡＬｎ，ｉ（ｔ）は、ノード無線局１−ｎにそのセクターパターンが設定されているときにノード無線局１−ｉから受信されたビーコン信号の信号レベルである。
（ｖ）ノード無線局１−ｎは、ノード無線局１−ｉ，１−ｊ，１−ｋから順次ビーコン信号を受信することにより、ノード無線局１−ｎのＡＳテーブルのノード無線局１−ｉ，１−ｊ，１−ｋのエントリ全体を累積的に格納し、あるいはエントリの内容を更新して格納する。
【００４２】
ところで、特許文献１に係る従来技術のプロトコルでは、任意のノード無線局がセットアップ信号を送信してそれに基づくＳＩＮＲテーブルの形成を開始する。ここで、ノード無線局が送信機として動作する際に可変ビームアンテナに設定されるパターンの主ビーム方位角は、受信機として動作する際に設定されるパターンの主ビーム方位角とは常に異なるので、例えば１２個のＲＱパケット信号を周囲のノード無線局に予めブロードキャストすることなしに、周囲のノード無線局からの信号を回転セクターパターンで受信することによって周囲のノード無線局が位置する方位角を予測しようとすることは適当でない。従って、方位角情報による１２個のＲＱパケット信号だけでなく、ＲＥパケット信号によるセットアップパケット信号及び１２個のＲＱパケット信号の受信機からの方位角情報の変換を使用することも必要である。また、周囲のすべてのノード無線局から多くのセットアップパケット信号と１２個のＲＱパケット信号を受信する各ノード無線局は、ＲＥパケット信号を介してすべての隣接ノード無線局にそれぞれ応答しなければならないという問題点を有していた。
【００４３】
これに対して、本実施形態に係るアドホック無線ネットワークにおいて使用されるＭＡＣ通信プロトコルでは、各ＡＳテーブルは、ビーコン信号を受信するノード無線局において作成されるので、オムニパターンで送信されるビーコン信号を回転セクターパターンで受信することによってビーコン信号が到来する方位角を予測することが可能である。各ノード無線局における送信電力が異なる場合にリンクが非対称になる問題は、ビーコンに送信電力情報を追加することにより回避することができる。結果的に、１２個のＲＱパケット信号やＲＥパケット信号なしであってもわずか２つのパケット信号をビーコン信号として送信すればよい。さらに、このビーコン信号はオムニパターンで送信されるために、各ノード無線局は近傍のノード無線局に向けてビーコン信号を一度だけ送信すれば十分である。つまり、各ノード無線局は、わずか１つのビーコン信号を送信するだけで、隣接するすべてのノード無線局に、ビーコン信号が受信された方位角を予測させることができ、隣接ノード無線局の数だけビーコン信号を送信する必要はない。
【００４４】
さらに、提案された本実施形態に係るＭＡＣプロトコルでは、各ノード無線局が隣接ノード無線局の方位角を予測する際にＳＩＮＲではなく信号強度レベルをリンク品質のパラメータとして使用するために、本実施形態に係るＭＡＣプロトコルは、特許文献１に開示された従来技術のプロトコルにおける方位角毎のＳＩＮＲテーブルにおける干渉の問題を回避することができる。
【００４５】
各ノード無線局は、ビーコン信号を同じ送信間隔で送信する。この場合、各ノード無線局がビーコン信号の遷移タイミングをランダムに選ぶとしても、複数のビーコン信号が同時に送信されれば、その受信機側で発生する衝突により無指向性のビーコン信号の幾つかが失われる可能性もある。オムニパターンでの受信モードではビーコン信号は復号され得ないが、回転セクターパターンでは、複数のビーコン信号をセクターパターンで分割できる点に注意する必要がある。ここで、この衝突の確率は、各ノード無線局１が送信間隔を選択することによってより低く抑えることができる。例えば、当該無線ネットワークシステムにおける基準周期時間間隔ｔｉに対する持続時刻ｔｄのウィンドウから、ランダムなタイミングを選択することができる。ここで、ｔｄ＜ｔｉが成り立つものとする。
【００４６】
次いで、本発明に係る実施形態に係るアドホック無線ネットワークにおいて用いるフローレート制御方式について、すなわち、異なるフロー毎にパケット注入レートを制御することによってサービスを差別化する方法について以下に説明する。
【００４７】
図５は、従来技術における問題点を示す図であって、オムニアンテナを用いたとき、ルートカップリングに起因して低優先度フロー（すなわちルート｛Ｓ２−Ｎ２−Ｎ３−Ｄ２｝又は｛Ｓ２−Ｄ２｝上のフロー）が高優先度フロー（すなわちルート｛Ｓ１−Ｎ１−Ｄ１｝又は｛Ｓ１−Ｄ１｝上のフロー）を妨害する（又は２つのフローが競合する）場合を示す平面図であり、ここで、点線はオムニアンテナを用いたことに起因するノード無線局間の無線接続を示す。
【００４８】
本発明の実施形態によれば、低優先度フローのパケット信号を伝送する各ノード無線局は、高優先度フローを検出してそのフローレートを測定するが、この検出及び測定は、低優先度フローの発信元無線局から宛先無線局までのルーティングに関与する各ノード無線局のＭＡＣ層において行う必要がある。詳しくは、低優先度フローのパケット信号を伝送するノード無線局（例えば図５のノード無線局Ｓ２，Ｎ２，Ｎ３，Ｄ２）は、高優先度フローのパケット信号を伝送するノード無線局（例えば図５のノード無線局Ｓ１，Ｎ１，Ｄ１）からの連続的なＲＴＳ信号及び／又はＣＴＳ信号の受信間隔を記録することにより、低優先度フローのパケット信号を伝送する各ノード無線局の近傍における高優先度フローのフローレートを測定できるようになる。例えば、図５の例では、ノード無線局Ｎ３は、高優先度フローのパケット信号を伝送するノード無線局Ｎ１からＲＴＳ信号を受信し、各時刻における高優先度フローのフローレートを測定することができる。測定されたフローレートの情報は、低優先度フローの発信元無線局であるノード無線局Ｓ２に逆伝搬され、ノード無線局Ｓ２は、高優先度フローのフローレートをその所望レベルに保持するために、計算により制御量を決定して当該低優先度フローのパケット注入レートを適応的に調整する。
【００４９】
図５におけるルート｛Ｓ２−Ｄ２｝が低優先度フローでなく高優先度フローのパケット信号を伝送するルートである場合には、２つの高優先度フローであるルート｛Ｓ１−Ｄ１｝及び｛Ｓ２−Ｄ２｝上の各フロー間の競合は、両方の高優先度フローのスループット及びパケット伝送率に影響を与える。各フローのスループット及びパケット伝送率をともに最適に最大化するためには、両方のフローを制御してフロー間での公平性を達成するように試みる、同様の適応的フローレート制御技術を実装しなければならない。
【００５０】
例えば図５において、連続的なルート｛Ｓ２−Ｎ２−Ｎ３−Ｄ２｝上に低優先度フローが存在すると仮定する。このフローが単独で動作する場合、そのフローレートは予め定義された値に固定される。ここで、ルート｛Ｓ１−Ｎ１−Ｄ１｝上の高優先度フローが動作を開始する。この高優先度フローのフローレートを予め定義されたレベルに固定して保持することを希望しているものと仮定する。しかしながら、図５におけるこれらの２つのルートはルートカップリングを発生させるほど十分に近接しているため互いに干渉し合い、これにより、高優先度フローのフローレートは、低優先度フローのパケット信号を取り扱うノード無線局Ｎ３及びＤ２との間で干渉しているノード無線局Ｎ１及びＤ１において低下する。
【００５１】
本実施形態に係るフローレート制御方式を構築する際における本発明者らの目的は、低優先度フローのパケット信号を取り扱うノード無線局において、高優先度フローのフローレートの低下を検出し、この検出されたフローレートの低下についての情報を低優先度フローの発信元無線局へ逆伝搬して戻すことにあり、これにより、低優先度フローの発信元無線局は、低優先度フローのフローレートを適応的に低下させて、高優先度フローのフローレートをその予め定義された値に保持することができる。
【００５２】
これを実行するに当たって、ノード無線局Ｎ３及びＤ２はともに、ノード無線局Ｎ１によって送信されるＲＴＳ信号と、ノード無線局Ｄ１によって送信されるＣＴＳ信号とから、ルート｛Ｓ１−Ｄ１｝上の高優先度フローを検出する。この高優先度フローの存在は、この高優先度フローから遠く離れた、低優先度フローの発信元無線局Ｓ２には未知のままである。よって、ノード無線局Ｄ２は、ＣＴＳ信号の援助により、ルート｛Ｓ１−Ｄ１｝上の高優先度フローが検出されたという情報をノード無線局Ｎ３に送信する。ノード無線局Ｎ３は、ノード無線局Ｎ２にＣＴＳ信号を送信すべきときに、それ自体が検出した高優先度フローについての情報と、ノード無線局Ｄ２から受信した情報（すなわち、ノード無線局Ｄ２において、ルート｛Ｓ１−Ｄ１｝上の高優先度フローが検出されたという情報）とを結合し、フロー内の競合についての１つ又は複数の情報を重複的に考慮して、ＣＴＳ信号を用いてこれをノード無線局Ｎ２に送信する。次に、ノード無線局Ｎ２は、ＣＴＳ信号を用いて、ノード無線局Ｎ３から受信された情報とノード無線局Ｎ２において取得された情報とをノード無線局Ｓ２に送信して戻す。最後に、発信元無線局であるノード無線局Ｓ２は、各フローの媒体に競合が存在することを考慮して、低優先度フローのパケット注入レートを適応的に低下させる決定を下す。ゆえに、媒体における高優先度フローとの競合についての情報は、余分なパケットの送信を必要とせずに、低優先度フローの発信元無線局Ｓ２へ送信され、この発信元無線局Ｓ２は低優先度フローのパケット注入レートを適応的に低下させる。以上のようなシステムによれば、媒体内に競合が存在しない場合には、低優先度フローであっても、その予め定義されたフローレートで動作することができる。高優先度フローが他の高優先度フローと干渉する場合も、同様の測定、検出、逆伝搬及び制御を行う技術が採用される。
【００５３】
本実施形態に係るフローレート制御方式では、高優先度フローが低優先度フローと競合する場合に、高優先度フローへのフローレートに関して特定レベルのサービス保証を達成しようとしている。このために、本実施形態では、オムニアンテナ（無指向性アンテナ）を使用するオーバーヘッドの極めて少ないプロトコルを用いたフローレート制御方式を提案し、次いで、全体のスループットが増大するように指向性アンテナを使用してこのフローレート制御方式を変形した実施形態を提案する。
【００５４】
次に、本実施形態に係るアドホック無線ネットワークにおいて使用されるフローレート制御方式の原理として用いている、制御理論的アプローチについて説明する。なお、本願明細書において、数式がイメージ入力されたすみ付き括弧の数番号と、数式が文字入力された大括弧の数番号とを混在して用いており、また、当該明細書での一連の数式番号として「式（１）」の形式を用いて数式番号を式の最後部に付与して用いることとする。
【００５５】
まず、本実施形態で使用されるフローレート制御方式に係る制御理論的アプローチである比例積分微分（ＰＩＤ）制御方式に関するいくつかの準備段階から説明する。
【００５６】
図６は、基本的な帰還型コントローラ装置の構成を示すブロック図である。帰還型コントローラは、測定可能なプロセス変数である出力信号Ｙを、設定値Ｒｐとして知られる所望の値に向かって駆動するように、プロセスに何らかの補正する作用を働かせる制御信号の出力ｕを発生させるべく設計される。この帰還型コントローラ装置は、アクチュエータ（図示せず。）を使用してプロセスに作用し、センサ（図示せず。）を使用して結果を測定する。
【００５７】
図６において、帰還型コントローラ装置は、減算器１０と、ＰＩＤコントローラであるコントローラ１１と、制御対象のプラント装置１２とを備えて構成される。減産器１０は入力される所望の設定値信号Ｒｐから、プラント装置１２より出力される実際の出力信号Ｙを減算して、減算結果の差信号であるトラッキング誤差信号ｅをコントローラ１１に出力する。コントローラ１１は、入力されるトラッキング誤差信号ｅに基づいて所定の制御方法を用いて制御するための制御信号ｕを発生してプラント装置１２に出力する。プラント装置１２は、入力される制御信号ｕに基づいてその動作が制御され、そのときのプラント装置１２からの出力信号Ｙが減算器１０に出力されるとともに、外部装置に出力される。
【００５８】
以上説明したように、図６の帰還型コントローラ装置において、コントローラ１１は、設定値信号（Ｒｐ）とプロセス変数である出力信号（Ｙ）の測定値との誤差信号ｅを観察することによりその出力である制御信号ｕを決定する。誤差信号ｅは、プロセス上の外乱又は負荷がプロセス変数を変更すると発生するが、図６の帰還型コントローラ装置の役割は、この誤差信号ｅを自動的に排除して０にすることにある（例えば、非特許文献１３参照。）。
【００５９】
初期の帰還型コントローラは、その制御構成において、明示的に、又は暗に、比例制御と積分制御と微分制御（ＰＩＤ制御）の各動作の概念を使用した。ここで、ＰＩＤ制御を厳密に理論的に考察したのは、１９２２年に発表されたマイノースキーによる船舶操舵に関する際だった研究であった（非特許文献１４を参照）。ＰＩＤコントローラは、現代の産業プロセスにおいていまだ最も広範に使用されている制御構成である（例えば、非特許文献１５を参照）。
【００６０】
ＰＩＤ制御アルゴリズムの一般的な形式は、次式で表される。
【００６１】
【数１】
2006101400.tif 000003
【００６２】
ＰＩＤコントローラ１１は、減算器１０により計算されて入力されるトラッキング誤差信号ｅに基づいて、このトラッキング誤差信号ｅの微分及び積分の両方を計算して、式（１）の形式の制御信号ｕを出力する。コントローラ１１から出力された直後の制御信号ｕは、この時点で、「比例利得定数（ｋｐ）」×「誤差信号の大きさ」と、「積分利得定数（ｋｉ）」×「誤差信号の積分（すなわち、所定の時間区間にわたる定積分、又は不定積分」＋「微分利得定数（ｋｄ）」×「誤差信号の微分（すなわち、所定の時刻における微分係数又は導関数」との和に等しい。
【００６３】
比例利得定数（ｋｐ）は立上り時間を短縮する効果を有し、定常状態誤差を完全に除去はしないものの低下させる。積分利得定数（ｋｉ）は定常状態誤差を除去する効果を有するが、過渡応答を悪化させる場合がある。微分利得定数（ｋｄ）は、システムの安定性を高め、オーバーシュートを低下させ、過渡応答を改善する効果を有する。
【００６４】
上式は、コントローラ１１の出力信号ｕの連続時間表示であり、図６の帰還型コントローラ装置を実装するためには、出力信号ｕは、離散時間表示に変換されている必要がある。この変換を行なう方法はいくつか存在するが、一次有限差分を使用するものが最も簡単である。
【００６５】
離散時間形式で表された時刻ｎを用いるとき、比例誤差項には、やはり基準値Ｒｐ（ｎ）と、プラント装置から出力されるプロセス変数の現在の測定値Ｙ（ｎ）との誤差ｅ（ｎ）を使用する。離散時間形式の微分項ｄｅ／ｄｔ及び積分項∫ｅ（ｔ）ｄｔは、単位時間長をΔｔとすると、次式で置換することができる。
【数２】
2006101400.tif 000004
【数３】
2006101400.tif 000005
【００６６】
ここで、ｗは積分制御のウィンドウである。よって、連続時間形式で表された式（１）の出力信号ｕを、離散時間形式に書き換えた最終的な形ｍ（ｎ）は、次式で表される。
【００６７】
【数４】
2006101400.tif 000006
【００６８】
従って、所望の出力信号値を計算するためには、現在の誤差と、誤差の総和と、誤差の最近の変化とを求めることが必要になる。
【００６９】
次に、以上説明したＰＩＤ制御方式を図１のアドホック無線ネットワークに適用した場合の、優先度に基づいたフローレート制御方法について説明する。
【００７０】
図７乃至図９は、図６のフィードバックコントローラを図１のアドホック無線ネットワークに適用した場合の、優先度に基づいたフローレート制御装置を概略的に示すブロック図である。図７は、図１のアドホック無線ネットワークにおいて単一の高優先度フローＨと単一の低優先度フローＬとが存在して互いにルートカップリングする場合、すなわち、これら２つのフローのルートが１つ又は複数の共通のノード無線局を共用するかもしくは互いに干渉し合うほど近接しているかの何れかの場合に、当該ネットワーク内の基本的なフローレート制御を１つのフローレート制御装置として概略的に示している。
【００７１】
図７のフローレート制御装置は、高優先度フローＨの所望のフローレートを示す設定値信号Ｒｐから、フィードバック信号として得られた高優先度フローＨの実際のフローレートである現在の出力信号Ｙを減算して、その減算結果であるトラッキング誤差信号ｅを出力する減算器２０と、低優先度フローＬの発信元無線局ＳＬ（図７には図示せず。）に設けられ、トラッキング誤差信号ｅの入力に基づいて、低優先度フローＬのフローレートｕをＰＩＤ制御する低優先度フローコントローラ（ＬＰＣ）２１と、高優先度フローＨ及び低優先度フローＬのパケット信号を伝送するネットワークにおけるフローシステム２２と、低優先度フローＬのパケット信号を伝送する無線局にそれぞれ設けられ、低優先度フローＬとルートカップリングを生じる高優先度フローＨのフローレートを測定し、当該フローレートを、低優先度フローの発信元無線局ＳＬに向けて逆伝搬させるシステム２３とを備えている。従って、フローコントローラ２１によって制御された低優先度フローＬのフローレートが図６のコントローラ１１の制御信号ｕに対応し、図７のフローシステム２２からの出力信号が図６の出力信号Ｙに対応し、当該出力信号Ｙはシステム２３により逆伝搬されて減算器２０にフィードバックされる。
【００７２】
図７の場合、高優先度フローＨを所望のフローレートの設定値Ｒｐに保持するために、低優先度フローＬは、高優先度フローＨのフローレートの出力信号Ｙが可能な限り設定値Ｒｐに近づくように、当該低優先度フローＬの発信元無線局ＳＬにおいてＰＩＤ制御方式を用いて当該低優先度フローＬのフローレートである制御信号ｕを適応的に変化させている。低優先度フローＬのパケット信号を伝送する各ノード無線局は、それらのノード無線局が高優先度フローＨにカップリングされていればその高優先度フローＨのフローレート（すなわち現在の出力信号Ｙ）を測定してその測定値を取得し、この測定値の情報は、低優先度フローＬのパケット信号を発信する発信元無線局ＳＬに向けて逆伝搬される。この測定を行う手段は、フローレートを逆伝搬させるシステム２３内のブロックＭとして概念的に示されている。この逆伝搬された情報により、低優先度フローＬの発信元無線局ＳＬは高優先度フローＨのフローレートＹを決定し、ＰＩＤ制御方法を用いた制御処理を実行する。以上説明した処理に基づいて、低優先度フローＬの発信元無線局ＳＬは当該低優先度フローＬのフローレートを調整し、当該プロセスが反復される。
【００７３】
上述した従来技術のＰＩＤコントローラと、本発明に係る実施形態において用いられるフローレート制御方式との間には、重大な違いがあることは注目すべき点である。本実施形態において用いられるフローレート制御方式では、低優先度フローコントローラＬＰＣから出力される制御信号ｕ（すなわち低優先度フローのフローレート）をゼロに設定するとき、他に低優先度フローがまったく存在しなければ、高優先度フローのフローレートＹはその所望のフローレートの設定値Ｒｐに達することが容易に分かる。よって、高優先度フローのフローレートを所望の値に保持する課題だけに焦点が合わされていれば、この解決方法は従来的な意味でのコントローラをまったく必要としない。しかしながら、本実施形態に係るアドホック無線ネットワークにおける目的は、高優先度フローのフローレートの設定値ＲｐＨをその所望レベルに保持しつつ低優先度フローのフローレートの設定値ＲｐＬを最大化することにある。これは、最大−最小（max-min）フローレート制御に類似するものであり、この場合、本実施形態において用いられるフローレート制御方式は、高優先度フローのフローレートの設定値ＲｐＨをその所望値より低下させることなしに低優先度フローのフローレートの設定値ＲｐＬをさらに増加させることができなくなるような方法で、設定値ＲｐＬの値を動的に調整しかつ制御することにより、設定値ＲｐＨをその所望のレベルに保持する。この種の必要条件は従来のＰＩＤ制御には存在せず、よって、本発明の実施形態に係るアプローチは従来技術のＰＩＤ制御方法に対して新規性を有するものである。引き続き、このことについて説明する。
【００７４】
図８は、図１のアドホック無線ネットワークにおいて単一の高優先度フローＨと複数ｎ個の低優先度フローＬ１乃至Ｌｎとが存在して互いにルートカップリングする場合に、当該ネットワーク内の基本的なフローレート制御を１つのフローレート制御装置として概略的に示している。図８のフローレート制御装置において、コントローラ２１は、低優先度フローＬ１乃至Ｌｎのそれぞれの発信元無線局（図８には図示せず。）に設けられ、減算器２０から入力されるトラッキング誤差信号ｅに基づいて低優先度フローＬ１乃至ＬｎのフローレートｕをＰＩＤ制御する低優先度フローコントローラＬＰＣ１乃至ＬＰＣｎを備えている。また、フローレートを逆伝搬するシステム２３は、低優先度フローＬ１乃至Ｌｎのそれぞれに対応して、当該低優先度フローのパケット信号を伝送するノード無線局にカップリングした高優先度フローＨのフローレートを測定するブロックＭ１乃至Ｍｎを備えている。図８のフローレート制御装置において、他の構成要素は図７のフローレート制御装置の構成要素と同様である。
【００７５】
図８のフローレート制御装置では、高優先度フローＨのフローレートを所望のフローレートの設定値Ｒｐに保持するために、各低優先度フローＬ１乃至Ｌｎは、その各々の発信元無線局においてＰＩＤ制御方法を使用して、当該各低優先度フローＬ１乃至Ｌｎのフローレートを適応的に変化させている。各低優先度フローＬ１乃至Ｌｎのパケット信号をそれぞれ伝送するノード無線局は、ブロックＭ１乃至Ｍｎをそれぞれ用いて高優先度フローＨのフローレートを測定し、これらの測定された情報は、各低優先度フローＬ１乃至Ｌｎの発信元無線局に向けてそれぞれ逆伝搬される。各低優先度フローＬ１乃至Ｌｎのフローレートはこれに基づいて調整され、当該プロセスが反復される。各低優先度フローＬ１乃至Ｌｎは、同様の制御方式を使用して高優先度フローＨのフローレートを保持している。
【００７６】
図９は、図１のアドホック無線ネットワークにおいて複数ｍ個の高優先度フローＨ１乃至Ｈｍと複数ｎ個の低優先度フローＬ１乃至Ｌｎとが存在して互いにルートカップリングする場合に、当該ネットワーク内の各低優先度フローの基本的なフローレート制御を１つのフローレート制御装置として概略的に示している。図９のフローレート制御装置において、フローレートを逆伝搬させるシステム２３は、高優先度フローＨ１乃至Ｈｍのフローレートをそれぞれ示す出力信号Ｙ１乃至Ｙｍを測定して、低優先度フローＬ１乃至Ｌｎの発信元無線局に向けて逆伝搬する。また、図９のフローレート制御装置は、高優先度フローＨ１乃至Ｈｍの各発信元無線局（図９には図示せず。）にそれぞれ設けられ、出力信号Ｙ１乃至Ｙｍに基づいて高優先度フローＨ１乃至Ｈｍのフローレートの所望の設定値を計算するための高優先度フローの設定値コントローラ２４をさらに備えている。各高優先度フローＨ１乃至Ｈｍの発信元無線局は、コントローラ２４によって計算されたフローレートの所望の設定値に基づいて、各高優先度フローのフローレートを制御するための高優先度フローコントローラＨＰＣ（図示せず。）をそれぞれ備えている。さらに、図９のフローレート制御装置において、減算器２０には、高優先度フローＨの所望のフローレートを示す設定値信号Ｒｐとして、最初は所定の初期値が入力され、その後は動的な設定値が入力される、すなわち、高優先度フローの設定値コントローラ２４によって計算された高優先度フローＨ１乃至Ｈｍのフローレートの設定値が入力される。図９のフローレート制御装置において、他の構成要素は図８のフローレート制御装置の構成要素と同様である。
【００７７】
図９のようにネットワークシステム内に複数の高優先度フローが存在する場合、高優先度フローのそれぞれが単独で存在していたときに当該高優先度フローに割り当てられた所望のフローレートの設定値Ｒｐはもはや有効ではない。これは、低優先度フローが存在しないときであっても、２つ以上の高優先度フローの間のカップリングにより、それらの高優先度フローのすべてが、当該高優先度フローが単独で存在していたときのフローレートを保持することを許容しないからである。
【００７８】
よって、複数の高優先度フローが互いにカップリングされる場合には、高優先度フローに対するフローレートの新たな設定値を動的に決定する必要がある。例えば、単一の高優先度フローが毎秒５０パケットの保証されたフローレートで動作することを無線通信システムが許容するとき、この同じシステムは、システム内に互いにルートカップリングされた２つの高優先度フローが存在する場合にこの同じフローレートを保証することはできない。この場合、その各高優先度フローに対して保証されるフローレートは、例えば毎秒３０パケットになる。そして他の低優先度フローは、この時点で、各高優先度フローに割り当てられたこの新たなフローレートを保持しようとする。
【００７９】
分散型の環境において高優先度フローの設定値を動的に変化させるために、各高優先度フローは、その近傍における他の高優先度フローの存在をモニタリングする。高優先度フローＨ１が、その近傍に存在するもう１つの高優先度フローＨ２を検出し、このことによりこれらの２つの高優先度フローがルートカップリングする可能性が生じる場合、フローＨ１は、そのフローレートの設定値を新たに計算された値Ｒｎｅｗ１に変化させる。ここで、Ｒ＞Ｒｎｅｗ１であり、単位はパケット数／秒とする。同様に、フローＨ２もまたフローＨ１を検出し、同じくその設定値を値Ｒｎｅｗ２に変化させる。フローＨ１がその近傍に２つの高優先度フローを検出すれば、フローＨ１は、その設定値を新たに計算された他の値Ｒｎｅｗ３に変更する。ここで、Ｒ＞Ｒｎｅｗ１＞Ｒｎｅｗ３であり、単位はパケット数／秒とする。
【００８０】
これらの設定値は、実験により予め定義されてもよく、もしくは、媒体の最適な利用のために適応的に計算されてもよい。本実施形態に係る後述のシミュレーションでは、設定値を実験により適応的に計算した。
【００８１】
高優先度フローＨ１のフローレートの設定値が値Ｒｎｅｗ１又はＲｎｅｗ３に変更された後で、指定された時間期間にわたって高優先度フローＨ１がその近傍に他の高優先度フローの存在を検出しなければ、高優先度フローＨ１のフローレートの設定値は元の値Ｒに戻される。
【００８２】
低優先度フローはその近傍における高優先度フローのフローレートを測定し、また高優先度フローのフローレートの設定値を取得する。低優先度フローは、これに応じて当該低優先度フローのフローレートを調整し、「最も弱い」高優先度フローを保護する。本願明細書において、「最も弱い」高優先度フローとは、当該高優先度フローの設定値が値Ｒｎｅｗであるときに、最大の誤差信号値ｅ＝（Ｒｎｅｗ−Ｙ）を有する高優先度フローである。上述の低優先度フローの処理は、当然ながらその近傍における他の高優先度フローの保護を保証する。各低優先度フローは、同様の制御方式を使用して高優先度フローを保護している。
【００８３】
次に、指向性の可変ビームアンテナ１０１を使用するフローレート制御方式の実装について説明する。
【００８４】
ここまでは、図５を参照し、各ノード無線局の近傍ノード無線局が、無指向性アンテナ装置を用いた無指向性のノード無線局である場合について考察した。しかしながら、図２のように、指向性の可変ビームアンテナ１０１を用いたアドホック無線ネットワークに適応させるように、本実施形態に係るフローレート制御方式を変形するためには、指向性ＭＡＣと、指向性アンテナ装置を備えた近傍ノード無線局とについて考察する必要がある。
【００８５】
本発明者らは、非特許文献１６及び１７において、受信機側における回転セクタに基づいた指向性ＭＡＣプロトコルを実装し、このプロトコルを用いたノード無線局はその近傍ノード無線局の位置を追跡することができることを示した。従って、この指向性ＭＡＣプロトコルを実装した各ノード無線局１−ｎは、その近傍ノード無線局１−ｍ（ｍ≠ｎ）を、当該近傍ノード無線局１−ｍが位置する方向とともに認識し、この情報は、各ノード無線局１−ｎ内のデータベースメモリ１５４に格納された方位角及び信号強度テーブル（ＡＳテーブル）に記録される。この従来例では、ＲＴＳ信号及びＣＴＳ信号は無指向性のアンテナパターンを用いて送信されるのに対して、データパケット信号及びＡＣＫパケット信号は指向性のアンテナパターンを用いて送信される。アドホック無線ネットワークにおける指向性の可変ビームアンテナ１０１の使用により、無線干渉を大幅に低下させることが可能であり、従って、無線媒体の利用は改善される（非特許文献８、１６及び１７を参照）。指向性の可変ビームアンテナ１０１のこの特性は、本発明の実施形態に係るフローレート制御方式のプロトコルの効率を改善するために使用される。
【００８６】
図１０は、以上説明した指向性の可変ビームアンテナ１０１を用いた場合の無線通信を概略的に示し、可変ビームアンテナ１０１にセクターパターンを設定して用いたとき、図５のルート｛Ｓ２−Ｄ２｝上の低優先度フローがルート｛Ｓ１−Ｄ１｝上の高優先度フローと同時に存在できることを示す平面図である。図１０の状況では、可変ビームアンテナ１０１を各ノード無線局Ｓ１，Ｎ１，Ｄ１，Ｓ２，Ｎ２，Ｎ３，Ｄ２に設けることによって、図５のルート｛Ｓ１−Ｄ１｝及び｛Ｓ２−Ｄ２｝上に同時に存在する高優先度フロー及び低優先度フローは、互いに妨害し合うことなく共存することが可能である。オムニパターンを使用する場合（図５）、このような共存は不可能であろう。よって、指向性の可変ビームアンテナ１０１を用いた場合、ルート｛Ｓ２−Ｄ２｝上の低優先度フローは、ルート｛Ｓ１−Ｄ１｝上に高優先度フローが存在していても、当該低優先度フローのパケット注入レートを制御する必要がない。
【００８７】
指向性の可変ビームアンテナ１０１を使用すれば、異なる優先度レベルのトラフィックフローが近くに存在していても、所望のフローの方向における通信に対する競合だけが考慮されるという意味において、媒体における競合の検出もまた「指向性」になる（すなわち、所定の方位角における競合を検出する）。指向性ＭＡＣプロトコルによれば、各ノード無線局のＡＳテーブルを調べて、媒体における所定の方位角における競合を検出する。指向性の可変ビームアンテナ１０１はＳＤＭＡ（空間分割多重アクセス）の効率を増大させるので、これは媒体内の他のフローへの妨害を最小限に抑えながら低優先度フローのパケット注入レートを増大させ、よって、高優先度及び低優先度のトラフィックフローのスループットは結果的に増大する。それと同時に、複数の高優先度フローが互いにルートカップリングする機会は小さくなり、高優先度フローの性能が改善されることになる。
【００８８】
次に、本実施形態に係るフローレート制御方式における、ある高優先度フローを他のフローが検出しかつその高優先度フローのフローレートを測定する処理について説明する。
【００８９】
あるフローに係るパケット信号の送信が開始されると、パケット信号は、複数のホップ（ノード無線局）を介し、かつＭＡＣ層において送信され、中間の各ノード無線局におけるパケット伝送は、ＲＴＳ信号、ＣＴＳ信号、ＤＡＴＡ信号及びＡＣＫ信号の交換によって確認される。本実施形態において、ＲＴＳ信号及びＣＴＳ信号は、高優先度フローに関連した情報を検出することと、この高優先度フローに関連した情報を低優先度フロー及び高優先度フローの両方の発信元無線局に向けて逆伝搬することとに利用され、低優先度フロー及び高優先度フローの発信元無線局は、この逆伝搬されたフローに関連した情報に基づいてパケット注入レート制御に関する決定を下す。
【００９０】
図１０が示すように、低優先度フローは、当該低優先度フローと高優先度フローとの両方のフローの方向が重なる場合にのみこの高優先度フローと干渉する。図１０では、ノード無線局Ｎ１及びＮ３はオムニパターンのアンテナパターンを用いた場合の互いの送信レンジ内に存在するが、各ノード無線局が指向性のアンテナパターンを用いたならば、ノード無線局Ｎ１からノード無線局Ｄ１へのフローは、ノード無線局Ｎ３からノード無線局Ｄ２へのフローと干渉しない。このことを保証するためには、低優先度フローにおける各ノード無線局は、当該ノード無線局の可変ビームアンテナ１０１によって低優先度フローの方向に形成された送信ゾーンが、高優先度フローのパケット信号を伝送するノード無線局を含むか否かを検出することが不可欠である。送信ゾーンがそのようなノード無線局を含むならば（すなわち干渉が存在するならば）、このことは、低優先度フローが高優先度フローを妨害することを含意し、必然的に低優先度フローのフローレートを制御して高優先度フローのフローレートを保護する必要がある。
【００９１】
以下、任意のノード無線局１−ｎが高優先度フローを検出しかつそのフローレートを測定する機構を定式化する。そのために、まず、いくつかのパラメータを定義する。
【００９２】
＜定義１＞ノード無線局１−ｎが、可変ビームアンテナ１０１を用いて、方位角αかつビーム幅（角度）βで、送信レンジ（送信半径）Ｚの送信ビームを形成するとき、ノード無線局１−ｎの方位角αにおける有効到達範囲を、ノード無線局１−ｎの送信ゾーンＴＺｎ（α，β，Ｚ）と定義する。図１１に、この送信ゾーンＴＺｎ（α，β，Ｚ）を示す。このことは、ノード無線局１−ｍが送信ゾーンＴＺｎ（α，β，Ｚ）内にありかつノード無線局１−ｍが受信モードにある場合に、ノード無線局１−ｎが、当該ノード無線局１−ｎに対する送信方位角α、ビーム幅β及び送信レンジＺでメッセージを送信するときは常に、ノード無線局１−ｍによってこのメッセージが受信されることを含意する。ノード無線局１−ｍが送信ゾーンＴＺｎ（α，β，Ｚ）の外に移動すると、ノード無線局１−ｎとノード無線局１−ｍとの接続は失われる。以下の例示的な議論では送信ビーム幅β及び送信レンジＺが一定であるため、送信ゾーンＴＺｎ（α，β，Ｚ）を送信ゾーンＴＺｎ（α）と表記する。
【００９３】
＜定義２＞ＲＴＳ信号受信時刻ＲＲＴＨｉ，α，ｎ（ｔ）を、ノード無線局１−ｎが、その時点で高優先度フローＨｉを取り扱っている任意のノード無線局から、ノード無線局１−ｎに対する方位角αでＲＴＳ信号を受信する時刻ｔとして定義する。
【００９４】
＜定義３＞パケット到着間隔ＰＡＩＨｉ，α，ｎ（ｔ）を、時刻ｔにおいて当該ノード無線局１−ｎで測定された、高優先度フローＨｉを取り扱うノード無線局からの２つの連続したＲＳＴ信号をノード無線局１−ｎに対する方位角αで受信した時刻（ＲＲＴ）の間隔として定義する。これは、指向性の可変ビームアンテナ１０１を備えた任意のノード無線局１−ｎにより、その近傍における高優先度フローのフローレート（すなわち、単位時間当たりのパケット数：１／ＰＡＩＨｉ，α，ｎ（ｔ））を測定するために使用される。この定義より、次式が成り立つ。
【００９５】
［数１］
ＰＡＩＨｉ，α，ｎ（ｔ）
＝ＲＲＴＨｉ，α，ｎ（ｔ）−ＲＲＴＨｉ，α，ｎ（ｔｐｒｅｖｉｏｕｓ）
（５）
【００９６】
ここで、高優先度フローＨｉからのＲＴＳ信号の以前の受信時刻ｔｐｒｅｖｉｏｕｓは、ｔ−Δｔ＜ｔｐｒｅｖｉｏｕｓ≦ｔを満たす。Δｔは、ノード無線局１−ｎに到着する２つのＲＴＳ信号の連続性が有効であることを保証するために導入される時間周期を示す定数である。例えば、ノード無線局１−ｎは、ランダムなチャンネル誤差、衝突又は移動性に起因してＲＴＳ信号を受信し損なった場合に、フローレートを誤って計算する可能性がある。定数Δｔはこのような状況に対処するために導入されることが必要であり、以前の受信時刻ｔｐｒｅｖｉｏｕｓが時間周期Δｔよりも以前である場合には、式（５）の計算は実行されない。
【００９７】
ＲＴＳ信号を発行することのない高優先度フローの宛先無線局の場合、この宛先無線局の近傍のノード無線局が上記宛先無線局における高優先度フローのフローレートを計算するためには、近傍のノード無線局は、この宛先無線局から送信されたＣＴＳ信号の受信時刻をモニタリングする。
【００９８】
＜定義４＞ＰＡＩＴｎ（ｔ）を、ノード無線局１−ｎにおける時刻ｔでのパケット到着間隔テーブル（ＰＡＩテーブル）として定義し、このＰＡＩテーブルは、図１３に示されたように、各方位角α毎に各高優先度フローＨｉのＰＡＩＨｉ，α，ｎ（ｔ）を記憶している。
【００９９】
＜定義５＞パケット注入間隔ＰＩＩＨｉ（ｔ）を、高優先度フローＨｉの発信元無線局がその時点でパケット信号を注入している時間間隔と定義する。これは、高優先度フローに属しかつ上記高優先度フローの現在のパケット注入間隔の情報を伝搬しているＲＴＳ信号のＰＩＩフィールドから取得される。ＰＩＩＨｉ（ｔ）は、このＰＩＩＨｉ（ｔ）が時間区間［ｔ，ｔ−Δｔ］内に受信されたＲＴＳ信号から取得されれば有効であるとされる。
【０１００】
＜定義６＞ＰＩＩＴｎ（ｔ）を、ノード無線局１−ｎにおける時刻ｔでのパケット注入間隔テーブル（ＰＩＩテーブル）と定義し、このＰＩＩテーブルは、図１４に示されたように、ノード無線局１―ｎの近傍における高優先度フローの現在のパケット注入間隔ＰＩＩＨｉ（ｔ）と、その高優先度フローの通信ＩＤとの組を記憶している。
【０１０１】
これで、ノード無線局１−ｎよって取り扱われる低優先度フロー又は高優先度フロー（例えばＦとする。）が、もう１つの高優先度フロー（例えばＨとする。）との競合を発生させているか否かは、フローＦのノード無線局１−ｎにおける送信方向又は送信ゾーンと、その送信ゾーン内で進行中の高優先度フローＨの通信とに依存する。ここで、ノード無線局１−ｎにおけるフローＦは、ノード無線局１−ｎに対する送信ゾーンＴＺｎ（γ）を使用してその次のホップ（ノード無線局）と通信しているものとする。言い替えれば、送信ゾーンＴＺｎ（γ）の方位角γは、時刻ｔにおけるノード無線局１−ｎでのフローＦの方向である。ノード無線局１−ｎにおけるこのフローＦが、その近傍における任意の高優先度フローとの競合を生じさせているか否かは、ノード無線局１−ｎのＰＡＩテーブルにおける、方位角γのエントリに依存する。より正確には、ノード無線局１−ｎのＰＡＩテーブルにおいて方位角γのエントリを有する任意の高優先度フローのＰＡＩが、その高優先度フローのＰＩＩからの偏差を有する場合、このことは、その高優先度フローがこのフローＦに起因した競合の影響を受けていることを表す。高優先度フローのＰＩＩ値は、ノード無線局１−ｎのＰＩＩテーブルから取得される。
【０１０２】
次に、ある高優先度フローに関連した情報を、当該高優先度フローとは異なる他の高優先度フロー又は低優先度フローが検出して、それらの異なるフローの発信元無線局に向けて逆伝搬する処理について説明する。１つの低優先度フローが複数の高優先度フローとルートカップリングするとき、低優先度フローは高優先度フローのフローレートを保持しようとする。２つの高優先度フローの間でルートカップリングが生じる場合は、これらのフローは、それらのフローレートを新たな設定値に収束させて互いのフローレートをその新たな設定値で保持しようとする。このように、低優先度フローのフローレート制御と高優先度フローのフローレート制御とでは目標が異なる。よって、高優先度フローに関連した情報の逆伝搬及びパケット注入レート制御の方法は、低優先度フローと高優先度フローとで異なる。
【０１０３】
ここで、まず、低優先度フロー上で検出された高優先度フローに関連した情報を、当該低優先度フローの発信元無線局に向けて逆伝搬する方法について説明する。
【０１０４】
低優先度フローは、最も競合の影響を受けている高優先度フローのフローレートを改善しようとする。最も競合の影響を受けている高優先度フローとは、そのＰＩＩからのＰＡＩの偏差が最大である高優先度フローをいう。よって、あるノード無線局１−ｎにおいて、方位角γが低優先度フローＬｉの方向であり、かつノード無線局１−ｎのＰＡＩテーブルにおける方位角γのエントリが｛＜ＰＡＩＨｊ１，γ，ｎ（ｔ）＞＜ＰＡＩＨｊ２，γ，ｎ（ｔ）＞…｝のような高優先度フローに対する何らかのＰＡＩを含んでいれば、ノード無線局１−ｎにおける時刻ｔでの注入間隔の偏差の最大値ＭＤＩＩ（ｎ，γ，ｔ）が、次式により計算される。
【０１０５】
［数２］
ＭＤＩＩ（ｎ，γ，ｔ）
＝ＭＡＸ｛＜ＰＡＩＨｊ１，γ，ｎ（ｔ）−ＰＩＩＨｊ１（ｔ）＞
＜ＰＡＩＨｊ２，γ，ｎ（ｔ）−ＰＩＩＨｊ２（ｔ）＞…｝      （６）
【０１０６】
ここで、ＭＡＸ｛＜ａ＞＜ｂ＞…｝は、引数＜ａ＞，＜ｂ＞，…のうちの最大値を示す。ＭＤＩＩ（ｎ，γ，ｔ）＝＜ＰＡＩＨｊｋ，γ，ｎ（ｔ）−ＰＩＩＨｊｋ（ｔ）＞であれば、フローＨｊｋが、最も競合の影響を受けている高優先度フローである。このＭＤＩＩ（ｎ，γ，ｔ）の値は、高優先度フローのフローレートにおける誤差の最大値であり、低優先度フローＬｉのフローレートを調整して高優先度フローＨｊｋのフローレートを保持するために、フローＬｉの発信元無線局に向けて逆伝搬される必要がある。これらのＰＡＩ値の、その対応するＰＩＩ値からの偏差のうちの最大値が、最も競合の影響を受けている高優先度フローを表すことから、ＭＤＩＩ（ｎ，γ，ｔ）は、低優先度フローのパケット信号を伝送するノード無線局による、最も競合の影響を受けた高優先度フローの識別を補助するということは留意される必要がある。従って、低優先度フローは、この高優先度フローのフローレートを保持するように当該低優先度フローのフローレートを反復して調整することになり、このことにより結果的に他の高優先度フローのフローレートも自動的に保持される。
【０１０７】
次に、低優先度フローの発信元無線局による、高優先度フローのフローレートの分散測定技術について説明する。図１５は、低優先度フローのパケット信号を伝送する各ノード無線局において検出された当該低優先度フローの近傍における高優先度フローのパケット注入間隔の最大値を、当該低優先度フローの発信元無線局に向けて逆伝搬させる処理を概略的に示す図である。
【０１０８】
ルート｛Ｓ→Ｎ１…→Ｎｋ−１→Ｎｋ→Ｎｋ＋１→…→Ｄ｝が低優先度フローの発信元無線局から宛先無線局までのルートであるとすると、各ノード無線局は、ＭＤＩＩ（Ｎｋ，γｋ，ｔ）を用いて、高優先度フローのフローレートの偏差の最大値を独立に測定している。ここで、方位角γｋは、各ノード無線局Ｎｋにおける低優先度フローの方向に依存する。感知される高優先度フローのフローレートの偏差の最大値は、低優先度フローの各ノード無線局で異なる可能性がある。しかしながら、低優先度フローの発信元無線局は、当該低優先度フローのフローレート制御を実行するために、高優先度フローにおけるフローレートのボトルネック情報について、すなわちノード無線局Ｓ，Ｎ１，…，Ｎｋ−１，Ｎｋ，Ｎｋ＋１，…，Ｄにおいてそれぞれ測定された高優先度フローのフローレートに係るすべての偏差の値のうちの最大値について認識している必要がある。言い替えれば、発信元無線局Ｓは、全ノード無線局Ｓ，Ｎ１，…，Ｎｋ−１，Ｎｋ，Ｎｋ＋１，…，Ｄにおける、低優先度フローの方向でのＭＤＩＩ（Ｎｋ，γｋ，ｔ）の最大値を知っている必要がある。
【０１０９】
議論を簡単にするため、これまではノード無線局がただ１つの低優先度フローを取り扱う場合について考察してきた。しかしながら、１つのノード無線局は複数の低優先度フローに関与する可能性がある。よって、ＭＤＩＩを、任意の方位角γの絶対値ではなく、フローの通信ＩＤと、その通信ＩＤで示されるフローの方向とに関連付ける必要がある。そこで、ＭＤＩＩの定義を、下記の定義７のように変更する。
【０１１０】
＜定義７＞時刻ｔにおいて低優先度フローＬｉのパケット信号を伝送するノード無線局Ｎｋで検出される注入間隔の偏差の最大値ＤＭＤＩＩ（Ｎｋ）Ｌｉ（ｔ）を、ノード無線局Ｎｋで低優先度フローＬｉの方向において検出される、高優先度フローのＰＩＩからの当該高優先度フローのＰＡＩの偏差の最大値として定義する。よって、方位角γがノード無線局Ｎｋにおける時刻ｔでのフローＬｉの方向であれば、次式が成り立つ。
【０１１１】
［数３］
ＤＭＤＩＩ（Ｎｋ）Ｌｉ（ｔ）
＝ＭＡＸ｛＜ＰＡＩＨｊ１，γ，Ｎｋ（ｔ）−ＰＩＩＨｊ１（ｔ）＞
＜ＰＡＩＨｊ２，γ，Ｎｋ（ｔ）−ＰＩＩＨｊ２（ｔ）＞…｝          （７）
【０１１２】
定義７のＤＭＤＩＩ（Ｎｋ）Ｌｉ（ｔ）は、図１５のブロック（ａ）に示されたように、局所的に検出された、最も競合の影響を受けている高優先度フローのＭＤＩＩを表している。次いで、以下のパラメータを定義する。
【０１１３】
＜定義８＞伝搬された注入間隔の偏差の最大値ＰＭＤＩＩ（Ｎｋ）Ｌｉ（ｔ）は、低優先度フローＬｉのノード無線局Ｎｋ＋１→…→Ｄにより逆伝搬されて、ノード無線局Ｎｋ＋１からノード無線局Ｎｋに伝搬された、高優先度フローのパケット到着間隔のパケット注入間隔からの偏差の値である。このＰＭＤＩＩ（Ｎｋ）Ｌｉ（ｔ）は、図１５のブロック（ｂ）に示されたように、ノード無線局Ｎｋ＋１から宛先無線局Ｄまでにおいて最も競合の影響を受けている高優先度フローのＭＤＩＩが、ノード無線局Ｎｋに向けて逆伝搬された値である。
【０１１４】
低優先度フローＬｉの発信元無線局は、フローＬｉの中間のすべてのノード無線局において任意の高優先度フローにおいて生じる誤差の最大値に基づいて動作する。よって、ノード無線局Ｎｋは、ＭＡＸ｛ＤＭＤＩＩ（Ｎｋ）Ｌｉ（ｔ），ＰＭＤＩＩ（Ｎｋ）Ｌｉ（ｔ）｝を発信元無線局に向けて逆伝搬する。よって、次式が成り立つ。
【０１１５】
［数４］
ＰＭＤＩＩ（Ｎｋ−１）Ｌｉ（ｔ）
＝ＭＡＸ｛ＤＭＤＩＩ（Ｎｋ）Ｌｉ（ｔ），ＰＭＤＩＩ（Ｎｋ）Ｌｉ（ｔ）｝
（８）
【０１１６】
これは図１５のブロック（ｃ）に示されたように、図１５のブロック（ａ）で得られた値と、ブロック（ｂ）で得られた値との大きい方である。
【０１１７】
ここで、ノード無線局間でＭＤＩＩなどの情報を逆伝搬する方法を説明する。フローＬｉを取り扱うノード無線局Ｎｋは、ノード無線局Ｎｋ＋１からＰＭＤＩＩ（Ｎｋ）Ｌｉ（ｔ）を受信すると、式（８）を用いて計算されたＰＭＤＩＩ（Ｎｋ−１）Ｌｉ（ｔ）とフローＬｉの通信ＩＤとの組を内部のメモリ（図示せず。）にいったん格納する。ノード無線局Ｎｋは、ノード無線局Ｎｋ−１からＲＴＳ信号を受信したとき、このＲＴＳ信号の通信ＩＤと同一の通信ＩＤを含むＰＭＤＩＩ（Ｎｋ−１）Ｌｉ（ｔ）及び通信ＩＤの組がメモリに格納されているならば、ＲＴＳ信号に応答するＣＴＳ信号にＰＭＤＩＩ（Ｎｋ−１）Ｌｉ（ｔ）を付加して送信する（すなわち逆伝搬する）。このように、フローの通信ＩＤに基づいて逆伝搬するか否かを判断することにより、フローの発信元無線局を知らなくても、ＭＤＩＩなどのフローレート制御に必要な情報は、発信元無線局に向けて逆伝搬される。後述される高優先度フローのフローレート制御を実行するための情報も、高優先度フローの発信元無線局に向けて同様に逆伝搬される。
【０１１８】
以上のように、低優先度フローＬｉの発信元無線局Ｓは、高優先度フローのパケット到着間隔の誤差の最大値ＰＭＤＩＩ（Ｓ）Ｌｉ（ｔ）を最終的に検出して取得する。本実施形態では、高優先度フローのパケット注入間隔ＰＩＩとパケット到着間隔ＰＡＩとの差を用いているので、高優先度フローのＰＩＩが変化しても同様に制御可能である。フローＬｉの発信元無線局Ｓは、このＰＭＤＩＩ（Ｓ）Ｌｉ（ｔ）を使用してフローＬｉのフローレートを適応的に制御する。
【０１１９】
次に、高優先度フロー上で検出された他の高優先度フローに関連した情報を、当該高優先度フローの発信元無線局に向けて逆伝搬する方法について説明する。図１６は、ルート｛Ｓ→Ｎ１…→Ｎｋ−１→Ｎｋ→Ｎｋ＋１→…→Ｄ｝が高優先度フローの発信元無線局から宛先無線局までのルートであるときに、高優先度フローのパケット信号を伝送する各ノード無線局において検出された当該高優先度フローの近傍における他の高優先度フローの平均のパケット到着間隔及び平均のパケット注入間隔を、当該高優先度フローの発信元無線局に向けて逆伝搬させる処理を概略的に示す図である。
【０１２０】
高優先度フローは、そのパケット到着間隔の誤差を利用するだけでなく、ルートカップリングされたすべての高優先度フローの均一なパケット注入間隔を選択することも目的としている。よって、ある高優先度フロー（例えば、フローＨ１）に加えて、この高優先度フローにルートカップリングした他の高優先度フロー（例えばＨ２，Ｈ３，…）が存在する場合、高優先度フローＨ１の発信元が新たな設定値を計算できるように、検出された他の高優先度フローＨ２，Ｈ３，…の平均パケット注入間隔（ＰＩＩ）及び平均パケット到着間隔（ＰＡＩ）を、当該高優先度フローＨ１の発信元無線局に向けて逆伝搬する必要がある。同様に、ルートカップリングされた他の高優先度フローＨ２，Ｈ３，…も上述のプロセスを繰り返してそれらの新たな設定値を計算し、かつ最終的には共通の設定値に収束する。ここで、以下のパラメータを定義する。
【０１２１】
＜定義９＞時刻ｔにおいて高優先度フローＨｉの中間のノード無線局Ｎｋで検出された平均パケット到着間隔ＤＡＰＡＩ（Ｎｋ）Ｈｉ（ｔ）は、フローＨｉの方向で検出された他の高優先度フローのパケット到着間隔の平均値である。高優先度フローＨｉの方向が方位角γであれば、次式が成り立つ。
【０１２２】
［数５］
ＤＡＰＡＩ（Ｎｋ）Ｈｉ（ｔ）
＝ＡＶＧ｛＜ＰＡＩＨｊ１，γ，Ｎｋ（ｔ）＞＜ＰＡＩＨｊ２，γ，Ｎｋ（ｔ）＞…｝
（９）
【０１２３】
ここで、ＡＶＧ｛＜ａ＞＜ｂ＞…｝は、引数＜ａ＞，＜ｂ＞，…の平均値を示す。また、以下のパラメータを定義する。
【０１２４】
＜定義１０＞時刻ｔにおいて高優先度フローＨｉの中間のノード無線局Ｎｋで検出された平均パケット注入間隔ＤＡＰＩＩ（Ｎｋ）Ｈｉ（ｔ）は、フローＨｉの方向で検出された他の高優先度フローのパケット注入間隔の平均値である。
【０１２５】
定義９及び１０は、図１６のブロック（ａ）に示されたように、ノード無線局Ｎｋにおいて局所的に検出された高優先度フローの平均ＰＡＩと平均ＰＩＩを表している。さらに、以下のパラメータを定義する。
【０１２６】
＜定義１１＞伝搬された平均パケット到着間隔ＰＡＰＡＩ（Ｎｋ）Ｈｉ（ｔ）は、高優先度フローＨｉのノード無線局Ｎｋ＋１→…→Ｄによって測定されて、ノード無線局Ｎｋ＋１からノード無線局Ｎｋに伝搬された、高優先度フローのＰＡＩの平均値である。
＜定義１２＞伝搬された平均パケット注入間隔ＰＡＰＩＩ（Ｎｋ）Ｈｉ（ｔ）は、高優先度フローＨｉのノード無線局Ｎｋ＋１→…→Ｄによって測定されて、ノード無線局Ｎｋ＋１からノード無線局Ｎｋに伝搬された、高優先度フローのＰＩＩの平均値である。
【０１２７】
定義１１及び１２は、図１６のブロック（ｂ）に示されたように、ノード無線局Ｎｋ＋１から宛先無線局Ｄまでにおいて検出されたすべての高優先度フローの平均ＰＡＩと平均ＰＩＩが、ノード無線局Ｎｋに向けて逆伝搬された値を表わす。よって、次式が成り立つ。
【０１２８】
［数６］
ＰＡＰＡＩ（Ｎｋ−１）Ｈｉ（ｔ）
＝ＡＶＧ｛ＤＡＰＡＩ（Ｎｋ）Ｈｉ（ｔ），ＰＡＰＡＩ（Ｎｋ）Ｈｉ（ｔ）｝
（１０）
［数７］
ＰＡＰＩＩ（Ｎｋ−１）Ｈｉ（ｔ）
＝ＡＶＧ｛ＤＡＰＩＩ（Ｎｋ）Ｈｉ（ｔ），ＰＡＰＩＩ（Ｎｋ）Ｈｉ（ｔ）｝
（１１）
【０１２９】
ＰＡＰＡＩ（Ｎｋ−１）Ｈｉ（ｔ）及びＰＡＰＩＩ（Ｎｋ−１）Ｈｉ（ｔ）は、図１６のブロック（ｃ）に示されたように、図１６のブロック（ａ）で得られた値と、ブロック（ｂ）で得られた値との平均値である。詳しくは、これらの値は、ノード無線局Ｎｋ乃至Ｄで得られたＰＡＩ及びＰＩＩと、ノード無線局Ｎｋ−１で得られたＰＡＩ及びＰＩＩとの平均値であって、ノード無線局Ｎｋ−１に近いノード無線局で得られたＰＡＩ及びＰＩＩをより重視するように重み付けして計算された平均値（加重平均値）である。
【０１３０】
ゆえに、ＰＡＰＡＩ（Ｓ）Ｈｉ（ｔ）及びＰＡＰＩＩ（Ｓ）Ｈｉ（ｔ）は各々、高優先度フローＨｉにルートカップリングされた他のすべての高優先度フローにわたる平均のパケット到着間隔及び平均のパケット注入間隔を示す値であり、かつ最終的に高優先度フローＨｉの発信元無線局Ｓによって検出された値である。詳しくは、これらの値は、発信元無線局Ｓに近いノード無線局で得られたＰＡＩ及びＰＩＩをより重視するように重み付けして計算された平均値（加重平均値）である。高優先度フローＨｉの発信元無線局Ｓは、この情報を用いて高優先度フローＨｉのフローレートを適応的に制御する。
【０１３１】
次に、各フローの発信元無線局において実行される帰還型制御について説明する。後続の議論では、発信元無線局におけるパケット注入間隔（ＰＩＩ）をフローレート制御の基準尺度として考察している。発信元無線局におけるフローのパケット注入レート（ＰＩＲ：単位、パケット数／秒）は、次式によって計算される。
【０１３２】
［数８］
ＰＩＲ＝１／ＰＩＩ        （１２）
【０１３３】
例えば、発信元無線局におけるＰＩＩが２０ミリ秒であれば、ＰＩＲ＝５０パケット／秒である。
【０１３４】
ここで、まず、低優先度フローの発信元無線局における帰還型制御について説明する。ここで再び、前述のＰＩＤ制御の説明を参照すると、何らかの制御決定を下すためには、まず発信元無線局に設けられたＰＩＤコントローラ（図７乃至図９のコントローラ２１に対応する。）において誤差項を計算する必要がある。この計算のために次式が用いられる。
【０１３５】
［数９］
「任意の低優先度フローＬｉのその発信元無線局Ｓにおいて感知された誤差ｅ」
＝ＰＩＩ−ＰＡＩ＝ＰＭＤＩＩ（Ｓ）Ｌｉ（ｔ）      （１３）
【０１３６】
誤差ｅ（ｎ）と、連続する２つの誤差間の時間間隔Δｔとが計算されると、低優先度フローの発信元無線局Ｌｉ（Ｓ）における当該低優先度フローの新たなパケット注入間隔ＰＩＩ（新）は、当該低優先度フローの以前のパケット注入間隔ＰＩＩ（旧）から次式のように計算される。
【０１３７】
【数５】
2006101400.tif 000007
【０１３８】
パラメータｋｐ，ｋｉ及びｋｄの値は、最適な性能を得るように調整する必要がある。コントローラの性能については、以下の本実施形態に係るシミュレーション結果の説明の中で示す。
【０１３９】
次に、高優先度フローの発信元無線局における帰還型制御について説明する。高優先度フローＨｉの発信元無線局Ｓでは、誤差が、次式によって計算される。
【０１４０】
［数１０］
ｅ
＝ＡＶＧ｛ＰＩＩＨｉ（ｔ），ＰＡＰＩＩ（Ｓ）Ｈｉ（ｔ）｝
−ＰＡＰＡＩ（Ｓ）Ｈｉ（ｔ）      （１５）
【０１４１】
この誤差ｅが計算されると、比例制御が導入されて当該高優先度フローの以前のパケット注入間隔ＰＩＩ（旧）から新たなパケット注入間隔ＰＩＩＨｉ（ｔ）の値が取得され、これが高優先度フローＨｉの新たな設定値となる。この新たな設定値の情報は、ＲＴＳ信号及びＣＴＳ信号を用いて、近傍の低優先度フローに伝送される。新たなＰＩＩＨｉ（ｔ）＝ＰＩＩ（新）は、次式によって計算される。
【０１４２】
［数１１］
ＰＩＩ（新）＝ＰＩＩ（旧）−ｋｐ×ｅ（ｎ）      （１６）
【０１４３】
ここで、パラメータｋｐは最適な性能を得るように調整される必要がある。
【０１４４】
ある高優先度フローＨ１が、他の高優先度フローを検出してそのフローレートを変更した後で、指定された時間期間にわたってその近傍に他の高優先度フローが存在しないことを検出したとき、高優先度フローＨ１のフローレートはその元のフローレートに戻される。
【０１４５】
図１９乃至図２３は、本実施形態に係るフローレート制御方式として、図２のノード無線局１の管理制御部１０５によって実行されるパケット送受信制御処理を示すフローチャートである。
【０１４６】
図１９において、まず、ステップＳ１において回転セクターパターンで可変ビームアンテナ１０１を所定方位角（例えば、３０度）毎に変化して回転走査するように制御して受信信号を受信し、ステップＳ２において所定のしきい値以上の信号強度レベルの受信信号を受信したか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ３に進む一方、ＮＯのときはステップＳ８に進む。ステップＳ８において送信すべきパケット信号があるか否かが判断さＰＡＩ削除処理のステップＳ１２を実行した後、ステップＳ１に戻る。ステップＳ９におれ、ＹＥＳのときはステップＳ９に進む一方、ＮＯのときは図２３のサブルーチンであるいて送信すべきパケット信号はビーコン信号であるか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ１０に進む一方、ＮＯのときはステップＳ１１に進む。ステップＳ１０においてオムニパターンでビーコン信号を送信した後、ステップＳ１に戻る。一方、ステップＳ１１においてその他の信号をセクターパターン又は適応制御パターンで送信し、すなわち、図１３に示すように、各信号に応じて対応する放射パターンで送信を行った後、ステップＳ１に戻る。
【０１４７】
ステップＳ３では、回転セクターパターンを停止して、可変ビームアンテナ１０１の放射パターンを、停止した所定の方位角に向けるセクターパターンに設定する。次いで、ステップＳ４において適応制御パターンで受信信号を受信し、パケット情報を復号化し受信信号の信号強度レベルを測定し、ステップＳ５において受信信号はビーコン信号か否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ６に進む一方、ＮＯのときはステップＳ７に進む。ステップＳ６においてパケット情報内のノード無線局ＩＤと検出された方位角と信号強度レベルに基づいてＡＳテーブルの内容を更新した後、ステップＳ１に戻る。一方、ステップＳ７において、図２０乃至図２２のサブルーチンであるその他の信号の受信処理を実行した後、ステップＳ１に戻る。
【０１４８】
図１９の制御フローにおいては、ステップＳ１，Ｓ２において、可変ビームアンテナ１０１を回転走査して所定のしきい値以上の信号強度レベルの受信信号を受信したときに、その受信信号を検出しているが、本発明はこれに限らず、可変ビームアンテナ１０１を３６０度にわたって回転走査して、所定のしきい値以上の信号強度レベルの受信信号を受信しかつそのうちの最大の受信信号を、検出された受信信号としてもよい。
【０１４９】
図２０乃至図２２は図１９のサブルーチンであるその他の信号の受信処理（ステップＳ７）を示すフローチャートである。
【０１５０】
図２０のステップＳ３１において、まず、自局が属するフローの近傍の高優先度フローに属する無線局からＲＴＳ信号を受信したか否かを判断する。この近傍の高優先度フローに属する無線局がその高優先度フローの宛先無線局である場合には、この宛先無線局からＣＴＳ信号を受信したか否かを判断する。ステップＳ３１がＹＥＳのときはステップＳ３５に進む一方、ＮＯのときはステップＳ３２に進む。ステップＳ３２においてＰＭＤＩＩを含む低優先度フローのＣＴＳ信号を受信したか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ４０に進む一方、ＮＯのときはステップＳ３３に進む。ステップＳ３３においてＰＡＰＡＩ及びＰＡＤＩＩを含む高優先度フローのＣＴＳ信号を受信したか否かが判断され、ＹＥＳのときは図２２のステップＳ５５に進む一方、ＮＯのときはステップＳ３４に進む。ステップＳ３４では、本実施形態に係るフローレート制御方式に関与しないパケット信号を受信して適宜処理を実行し、元のメインルーチンに戻る。
【０１５１】
ステップＳ３５においては、自局が低優先度フローのパケット信号を伝送する無線局であるか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ３６に進み、ＮＯのときは図２１のステップＳ５１に進む。ステップＳ５１において、受信したＲＴＳ信号又はＣＴＳ信号に基づいて式（５）を用いてＰＡＩを計算してＰＡＩテーブルに格納し、その信号が属する高優先度フローの通信ＩＤとその信号内のＰＩＩとをＰＩＩテーブルに格納する。次いで、ステップＳ５２において、自局が高優先度フローの発信元無線局であるか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ５３に進み、ＮＯの時はステップＳ５４に進む。ステップＳ５３において、自局のＰＡＩテーブル及びＰＩＩテーブルに基づいて計算された各フロー毎の偏差（ＰＩＩ−ＰＡＩ）の平均値に基づいて、高優先度フローのＰＩＲを計算する。詳しくは、自局のＰＡＩテーブル及びＰＩＩテーブルに基づいて式（１５）を用いて誤差信号値ｅ（ｎ）を計算し、計算された誤差信号値ｅ（ｎ）と、当該高優先度フローの以前のパケット注入間隔ＰＩＩとに基づいて、式（１６）を用いて当該高優先度フローの新たなパケット注入間隔ＰＩＩを計算する。次いで、自局が発信元無線局としてパケット信号を発信している高優先度フローのパケット注入間隔ＰＩＩ（又は、式（１２）より、パケット注入レートＰＩＲ）を更新し、元のメインルーチンに戻る。また、ステップＳ５４において、自局のＰＡＩテーブルとＰＩＩテーブルから、自局のフローの近傍の他のフローの平均ＰＡＩ及び平均ＰＩＩの値をそれぞれ自局のフローに関するＰＡＰＡＩ及びＰＡＰＩＩとして計算し、計算されたＰＡＰＡＩ及びＰＡＰＩＩを、ＣＴＳ信号を用いて高優先度フローの発信元無線局に向けて逆伝搬させる。この逆伝搬は、自局のフローの通信ＩＤに一致した通信ＩＤを含むＲＴＳ信号を受信したときに、このＲＴＳ信号に応答するＣＴＳ信号にＰＡＰＡＩ及びＰＡＰＩＩを付加して送信することによって実行される。ステップＳ５４の実行後、元のメインルーチンに戻る。
【０１５２】
再び図２０を参照すると、ステップＳ３６においては、受信されたＲＴＳ信号又はＣＴＳ信号の受信時刻に基づいて、式（５）を用いてＰＡＩを計算してＰＡＩテーブルに格納し、その受信された信号の通信ＩＤと信号内のＰＩＩとをＰＩＩテーブルに格納する。次いでステップＳ３７において、自局が低優先度フローの発信元無線局であるか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ３８に進む一方、ＮＯのときはステップＳ３９に進む。ステップＳ３８では、自局のＰＡＩテーブルとＰＩＩテーブルに基づいて式（１３）を用いて計算されたＰＭＤＩＩに基づいて、自局が属する低優先度フローの以前のパケット注入間隔ＰＩＩから式（１４）を用いて新たなパケット注入間隔ＰＩＩを計算する。次いで、自局が発信元無線局としてパケット信号を発信している低優先度フローのパケット注入間隔ＰＩＩ（又は、式（１２）より、パケット注入レートＰＩＲ）を更新し、元のメインルーチンに戻る。
【０１５３】
一方、ステップＳ３９において、自局のＰＡＩテーブルとＰＩＩテーブルに基づいてＤＭＤＩＩを計算し、それをＰＭＤＩＩとして、ＣＴＳ信号を用いて低優先度フローの発信元無線局に向けて逆伝搬させる。この逆伝搬は、自局のフローの通信ＩＤに一致した通信ＩＤを含むＲＴＳ信号を受信したときに、このＲＴＳ信号に応答するＣＴＳ信号にＰＭＤＩＩを付加して送信することによって実行される。ステップＳ３９の実行後、元のメインルーチンに戻る。
【０１５４】
また、ステップＳ５５において、自局のＰＡＩテーブルにおいてＰＡＩがあるか否かを判断し、ＹＥＳのときはステップＳ５６に進み、ＮＯのときはステップＳ５６Ａに進む。ステップＳ５６において、受信したＣＴＳ信号内のＰＡＰＡＩと、自局のＰＡＩテーブルにおけるＰＡＩとを平均して新しいＰＡＰＡＩとして更新するとともに、受信したＣＴＳ信号内のＰＡＰＩＩと、自局のＰＩＩテーブルにおけるＰＩＩとを平均して新しいＰＡＰＩＩとして更新し、ステップＳ５７に進む。ステップＳ５６Ａにおいて、受信したＣＴＳ信号内のＰＡＰＡＩ及びＰＡＰＩＩを、新たなＰＡＰＡＩ及びＰＡＰＩＩとして取得し、ステップＳ５７に進む。ステップＳ５７において、自局が高優先度フローの発信元無線局であるか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ５８に進み、ＮＯのときはステップＳ５９に進む。ステップＳ５８において、新たなＰＡＰＡＩ及びＰＡＰＩＩに基づいて式（１５）を用いて誤差信号値ｅ（ｎ）を計算し、計算された誤差信号値ｅ（ｎ）と、当該高優先度フローの以前のパケット注入間隔ＰＩＩとに基づいて、式（１６）を用いて当該高優先度フローの新たなパケット注入間隔ＰＩＩを計算する。次いで、自局が発信元無線局としてパケット信号を発信している高優先度フローのパケット注入間隔ＰＩＩ（又は、式（１２）より、パケット注入レートＰＩＲ）を更新し、元のメインルーチンに戻る。
【０１５５】
また、ステップＳ５９において、新しいＰＡＰＡＩとＰＡＰＩＩを、ＣＴＳ信号を用いて高優先度フローの発信元無線局に向けて逆伝搬させる。この逆伝搬は、自局のフローの通信ＩＤに一致した通信ＩＤを含むＲＴＳ信号を受信したときに、このＲＴＳ信号に応答するＣＴＳ信号にＰＡＰＡＩ及びＰＡＰＩＩを付加して送信することによって実行される。ステップＳ５９の実行後、元のメインルーチンに戻る。
【０１５６】
ステップＳ４０では、自局のＰＡＩテーブルにおいてＰＡＩがあるか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ４１に進む一方、ＮＯのときはステップＳ４１Ａに進む。ステップＳ４１において、受信したＣＴＳ信号内のＰＭＤＩＩと、自局のＰＩＩテーブル及びＰＡＩテーブルから計算されるＤＭＤＩＩとを比較して、より大きい値を新たなＰＭＤＩＩとして更新し、ステップＳ４２に進む。ステップＳ４１Ａにおいて、受信したＣＴＳ信号内のＰＭＤＩＩを新たなＰＭＤＩＩとして取得し、ステップＳ４２に進む。ステップＳ４２において、自局が低優先度フローの発信元無線局であるか否かが判断される。ステップＳ４２でＹＥＳのときはステップＳ４３に進む一方、ＮＯのときはステップＳ４４に進む。ステップＳ４３では、新たなＰＭＤＩＩを誤差信号値ｅ（ｎ）とし、この誤差信号値ｅ（ｎ）と、当該低優先度フローの以前のパケット注入間隔ＰＩＩとに基づいて、式（１４）を用いて当該低優先度フローの新たなパケット注入間隔ＰＩＩを計算する。次いで、自局が発信元無線局としてパケット信号を発信している低優先度フローのパケット注入間隔ＰＩＩ（又は、式（１２）より、パケット注入レートＰＩＲ）を更新し、元のメインルーチンに戻る。
【０１５７】
また、ステップＳ４４では、新しいＰＭＤＩＩを、ＣＴＳ信号を用いて低優先度フローの発信元無線局に向けて逆伝搬させる。この逆伝搬は、自局のフローの通信ＩＤに一致した通信ＩＤを含むＲＴＳ信号を受信したときに、このＲＴＳ信号に応答するＣＴＳ信号にＰＭＤＩＩを付加して送信することによって実行される。ステップＳ４４の実行後、元のメインルーチンに戻る。
【０１５８】
図２３は、図１９のサブルーチンであるＰＡＩ削除処理（ステップＳ１２）を示すフローチャートである。図２３のステップＳ６１において、各高優先度フローについて時間Δｔの間ＲＴＳ信号又はＣＴＳ信号を受信していないか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ６２に進む一方、ＮＯのときはそのまま元のルーチンに戻る。ステップＳ６２では、当該高優先度フローに対するＰＡＩをＰＡＩテーブルから削除した後、元のルーチンに戻る。
【０１５９】
以上説明したように、本実施形態によれば、複数の無線局を備え、各無線局間で、異なる優先度を有する複数のパケットフローを用いてパケット無線通信を行う無線ネットワークのための制御装置が提供される。当該制御装置において、上記各パケットフローのパケット信号は、当該パケット信号が属するパケットフローの現在のパケット注入間隔（ＰＩＩ）を示すデータを含む。上記複数のパケットフローのうちの高優先度フローを取り扱う各無線局は、上記各無線局が取り扱う高優先度フローとは異なる高優先度フローのパケット信号を受信したとき、上記受信されたパケット信号から上記異なる高優先度フローのパケット注入間隔（ＰＩＩ）を取得し、かつ上記異なる高優先度フローのパケット信号のパケット到着間隔（ＰＡＩ）を計算する。また、上記高優先度フローを取り扱う無線局であってかつ上記高優先度フローの発信元無線局以外の無線局は、上記取得されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）と上記計算されたパケット到着間隔（ＰＡＩ）とを、上記高優先度フローの発信元無線局に向けて逆伝搬させる。さらに、上記高優先度フローの発信元無線局は、当該発信元無線局において取得されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）と、当該発信元無線局において計算されたパケット到着間隔（ＰＡＩ）と、上記逆伝搬されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）及びパケット到着間隔（ＰＡＩ）とに基づいて、上記高優先度フローのパケット注入間隔を制御して上記高優先度フローのパケット信号を送信する。またさらに、上記複数のパケットフローのうちの低優先度フローを取り扱う各無線局は、上記高優先度フローのパケット信号を受信したとき、上記受信されたパケット信号から上記高優先度フローのパケット注入間隔（ＰＩＩ）を取得し、上記高優先度フローのパケット信号のパケット到着間隔（ＰＡＩ）を計算し、かつ上記取得されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）と上記計算されたパケット到着間隔（ＰＡＩ）との偏差（ＭＤＩＩ）を計算する。そして、上記低優先度フローを取り扱う無線局であってかつ上記低優先度フローの発信元無線局以外の無線局は、上記計算された偏差（ＭＤＩＩ）を上記低優先度フローの発信元無線局に向けて逆伝搬させる。上記低優先度フローの発信元無線局は、当該発信元無線局において計算された偏差（ＭＤＩＩ）と上記逆伝搬された偏差（ＭＤＩＩ）とに基づいて、上記低優先度フローのパケット注入間隔を制御して上記低優先度フローのパケット信号を送信する。
【０１６０】
また、好ましくは、上記高優先度フローの発信元無線局は、当該発信元無線局において取得されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）と上記逆伝搬されたパケット注入間隔（ＰＩＩ）との加重平均であるパケット注入間隔の平均値（ＰＡＰＩＩ）を計算し、当該発信元無線局において計算されたパケット到着間隔（ＰＡＩ）と上記逆伝搬されたパケット到着間隔（ＰＡＩ）との加重平均であるパケット到着間隔の平均値（ＰＡＰＡＩ）を計算し、上記高優先度フローの現在のパケット注入間隔（ＰＩＩ）と上記計算されたパケット注入間隔の平均値（ＰＡＰＩＩ）との平均値と、上記計算されたパケット到着間隔の平均値（ＰＡＰＡＩ）との誤差を計算し、上記計算された誤差に基づいた比例制御方法を用いて、上記高優先度フローのパケット注入間隔を制御する。
【０１６１】
さらに、好ましくは、上記低優先度フローの発信元無線局は、当該発信元無線局において計算された偏差（ＭＤＩＩ）と上記逆伝搬された偏差（ＭＤＩＩ）との最大値である偏差の最大値（ＰＭＤＩＩ）を計算し、上記計算された偏差の最大値（ＰＭＤＩＩ）に基づいた比例、積分及び微分（ＰＩＤ）制御方法を用いて、上記低優先度フローのパケット注入間隔を制御する。
【０１６２】
従って、本実施形態によれば、アドホック無線ネットワーク内の各ノード無線局によって実行されるパケット送受信制御処理によれば、異なる複数の優先度のフローが存在するアドホック無線ネットワークにおいて、各フローの優先度に基づいて当該フローのＱｏＳをサポートすることができる。これにより、高優先度フローに対する低優先度フローの干渉を最小限にするように低優先度フローを制御し、高優先度フローのスループットを増大させることができる。
【実施例１】
【０１６３】
次いで、本実施形態に係るアドホック無線ネットワークのシミュレーションによる性能評価のためのシミュレーションとその結果について説明する。
【０１６４】
本発明者らは、本発明の実施形態に係る、フローレート制御方式を用いたアドホック無線ネットワークの性能を、クォールネット（QualNet）・ネットワークシミュレータを用いたシミュレーションによって評価した（非特許文献１８を参照）。シミュレーションでは、ＩＥＥＥ８０２．１１に基づく指向性のＭＡＣ（非特許文献１６を参照）を考慮し、また、提案した実施形態に係るプロトコルを、可変ビームアンテナ１０１を用いた場合についてのみ実装した。シミュレーションは、３０度の方位角毎に離散的にステアリングされて３６０度の範囲をカバーする擬似スイッチング式のビームアンテナの形式である、電子制御導波器アレーアンテナ装置（非特許文献１６を参照）を指向性の可変ビームアンテナ１０１として用いて行った。クォールネット・ネットワークシミュレータには、本実施形態に係るプロトコルを実装するために必要な変更を加えた。表１に、シミュレーションに使用したパラメータのセットを示す。
【０１６５】
【表１】
2006101400.tif 000008
【０１６６】
まず、本実施形態に係るフローレート制御方式が実装され、低優先度フローの発信元無線局が低優先度フローコントローラＬＰＣを備えたノード無線局として動作するアドホック無線ネットワークの性能評価について説明する。
【０１６７】
議論を簡単化するために、１つの列毎に６つのノード無線局を有し、必要な場合は常にそのうちの２つの端部のノード無線局が各々発信元無線局及び宛先無線局として動作する格子状トポロジーを仮定する。低優先度フローコントローラＬＰＣの性能評価は、上記格子状トポロジーにおいて次のように設定された２つのトポロジーの下で行った。
【０１６８】
（Ａ）格子の第１の列に沿った単一の高優先度フローと、格子の第２の列に沿った単一の低優先度フロー：両方のフローのルートは、ルートカップリングを発生させるのに十分なほど物理的に近接している（以下、第１のトポロジーという。）。
（Ｂ）格子の第２の列に沿った単一の高優先度フローと、格子の第１及び第３の列に沿った２つの低優先度フロー：３つのフローのルートはすべて、ルートカップリングを発生させるのに十分なほど物理的に近接している（以下、第２のトポロジーという。）。
【０１６９】
シミュレーションでは、本実施形態に係るプロトコルにおいて得られる利得を明確に示すため、静的なルートを使用してルーティングプロトコルによる影響を除去した。また、ルーティングプロトコルに起因するいかなる制御パケットも発生させないために、静的ルートを使用した。発信元無線局及び宛先無線局のペアをランダムに選択する代わりに、高優先度フローと低優先度フローとの間に競合が存在するような発信元無線局及び宛先無線局のペアを選択し、パケット注入間隔制御の効果を実証できる状況を人工的に作り出した。
【０１７０】
最初のシミュレーション結果として、上述の第１のトポロジー、すなわち、１つの高優先度フローと１つの低優先度フローとが存在する場合の低優先度フローコントローラＬＰＣの性能について説明する。
【０１７１】
図２４乃至図２７は、１つの高優先度フローと１つの低優先度フローとが存在する場合の低優先度フローコントローラＬＰＣの性能を示している。高優先度フローのパケット注入間隔（ＰＩＩ）について所望される設定値Ｒｐは２０ミリ秒、すなわち、所望のパケット注入レート（ＰＩＲ）は毎秒５０パケットである。５１２バイトのパケットサイズ及び１００％のパケット伝送率（ＰＤＲ）の場合、パケット注入間隔ＰＩＩ＝２０ミリ秒において期待されるスループットは２０４．８ｋｂｐｓである。
【０１７２】
図２４は、単一の高優先度フローと単一の低優先度フローとが存在するときの、高優先度フローのパケット到着間隔と低優先度フローのパケット注入間隔との時間的変化を示すグラフである。図２４に示されたシミュレーションでは、高優先度フロー（Ｈ）を保護するために低優先度フロー（Ｌ）のフローレート適応制御が行われている。図２４に示されたシミュレーションでは、高優先度フローのＰＩＩ（Ｈ）及び低優先度フローのＰＩＩ（Ｌ）の初期値は共に２０ミリ秒である。高優先度フローは、それにルートカップリングした低優先度フローがＰＩＩ（Ｌ）＝２０ミリ秒で動作しているときに、当該高優先度フローのフローレートを保持することができないので、低優先度フローのＰＩＩは即時かつ急激に増大して高優先度フローのフローレートを保護する。低優先度フローのＰＩＩは、この急激な増大の後で次第に低下し、平均して（およそ）ＰＩＩ（Ｌ）＝６０ミリ秒に落ち着く。
【０１７３】
図２５は、本実施形態に係るフローレート制御として適応的なパケット注入レート制御を実行した場合における、対応するパケット伝送率とスループットの結果を示す表である。高優先度フローは、パケット伝送率１でスループット２０４ｋｂｐｓを保持することができる。低優先度フローのスループットは５３ｋｂｐｓであり、そのパケット伝送率は０．９９９である。このシミュレーション結果を得る際に使用された式（１４）のパラメータｋｐ，ｋｉ及びｋｄの値は各々、実験により０．８，０．１及び０．１となるように調整されている。
【０１７４】
図２６及び図２７は、上記条件下において、本実施形態に係るフローレート制御を実行するコントローラを使用せずに、代わりに低優先度フローのフローレートを手動で変化させる場合のシステムの動作を示すグラフである。これらのグラフはそれぞれ、高優先度フローのパケット注入間隔ＰＩＩ（Ｈ）を２０ｍｓｅｃ（ミリ秒）に固定し（すなわち、高優先度フローのフローレートを毎秒５０パケットで固定し）、かつ低優先度フローのパケット注入間隔を手動で増大させたときの、低優先度フローのパケット注入間隔に対する各フローのスループット及びパケット伝送率を示す。高優先度フロー及び低優先度フローの両方がＰＩＩ＝２０ミリ秒に設定されているとき、高優先度フローのスループットは１２９ｋｂｐｓであり、そのパケット伝送率は０．６３であり、低優先度フローのスループットは１２４ｋｂｐｓであり、そのパケット伝送率は０．６である。ここで、低優先度フローのＰＩＩを手動で変化させて、高優先度フローのスループット及びパケット伝送率を測定した。低優先度フローのＰＩＩ（ＰＩＩ（Ｌ））を増大させると、高優先度フローのスループット及びパケット伝送率は共に増大する。ＰＩＩ（Ｌ）＝６０ミリ秒又はこれ以上である場合において、高優先度フローは、スループットのピーク値２０４ｋｂｐｓに達し、このとき、そのパケット伝送率は０．９９３である。よって、ＰＩＩ（Ｌ）＝６０ミリ秒は、低優先度フローの手動で調整された最適な設定値であり、この設定値が設定されているときに、高優先度フローをその所望のレベルに保持することができる。この状態が、本実施形態に係る低優先度フローコントローラによって達成しようとしているものである（図２４を参照）。この設定値が設定されている場合における低優先度フローのスループットは、６７ｋｂｐｓである。
【０１７５】
次のシミュレーション結果として、上述の第２のトポロジー、すなわち、１つの高優先度フローと２つの低優先度フローとが存在する場合の低優先度フローコントローラＬＰＣの性能について説明する。
【０１７６】
図２８は、１つの高優先度フローＨと２つの低優先度フローＬ１及びＬ２とが存在してすべてが互いにルートカップリングされた場合において、本実施形態に係るフローレート制御として適応的なパケット注入レート制御を実行したとき（すなわち低優先度フローコントローラＬＰＣを動作させたとき）の、高優先度フローＨのパケット到着間隔と低優先度フローＬ１及びＬ２のパケット注入間隔との時間的変化を示すグラフであり、図２９は、対応するパケット伝送率とスループットを示す表である。図２８及び図２９のシミュレーションでは、高優先度フローＨのフローレートを保護しかつ低優先度フローＬ１及びＬ２自体のスループットを最大化するために、２つの低優先度フローに対する適応的なフローレート制御が行われている。高優先度フローのパケット注入間隔（ＰＩＩ）の所望の設定値Ｒｐは２０ミリ秒であり、すなわちパケット注入レート（ＰＩＲ）は毎秒５０パケットである。
【０１７７】
この図２８のシミュレーションでは、高優先度フローのパケット注入間隔ＰＩＩ（Ｈ）、低優先度フローのパケット注入間隔ＰＩＩ（Ｌ１）及びＰＩＩ（Ｌ２）の初期値は２０ミリ秒である。低優先度フローコントローラＬＰＣの制御動作を示すため、高優先度フローＨ及び第１の低優先度フローＬ１の通信は、シミュレーション開始後３０秒の時刻に同時に開始させてシミュレーションの終わりまで継続させ、それに対して、第２の低優先度フローＬ２の通信は、シミュレーション開始後１１０秒の時刻に開始させて、シミュレーション開始後１８０秒の時刻に停止させる。低優先度フローＬ２が存在しなければ、低優先度フローコントローラＬＰＣの動作の時間的変化は先の場合と同じである。しかしながら、低優先度フローＬ２の通信を開始させると、低優先度フローＬ１及びＬ２のＰＩＩは共に即時かつ急激に増大して、高優先度フローＨのパケット注入間隔ＰＩＩ（Ｈ）をＰＩＩ（Ｈ）＝２０ミリ秒に保持する。両方の低優先度フローのＰＩＩは、この急激な増大の後で次第に低下し、平均して（およそ）ＰＩＩ（Ｌ）＝２２０ミリ秒に落ち着く。低優先度フローＬ２が停止されると、図示するように低優先度フローＬ１のＰＩＩはその元の値へと落ち着く。
【０１７８】
図２９を参照すると、高優先度フローは、図２４乃至図２７に示されたシミュレーション結果と同様に、パケット伝送率１で、スループット２０４．８ｋｂｐｓを保持することができる。第１の低優先度フローＬ１のスループットは３５．１５ｋｂｐｓであり、そのパケット伝送率は０．９９であり、第２の低優先度フローＬ２のスループットは１７．５ｋｂｐｓであり、そのパケット伝送率は１である。低優先度フローＬ１とＬ２のスループットの差は、フローＬ２が存在する場合と存在しない場合とで、フローＬ１が異なるＰＩＩ（Ｌ１）で動作したという事実に起因する。このシミュレーション結果を得る際に使用された式（１４）のパラメータｋｐ，ｋｉ及びｋｄの値は、０．８，０．５及び０．２であり、これらは実験的に調整された。本実施形態に係るフローレート制御を実行するコントローラが存在しない場合には、高優先度フローＨのスループットは８２．０６ｋｂｐｓであり、このとき、そのパケット伝送率は０．４である。
【０１７９】
次いで、本実施形態に係るフローレート制御方式が実装され、高優先度フローの発信元無線局が高優先度フローコントローラＨＰＣを備えたノード無線局として動作するアドホック無線ネットワークの性能評価について説明する。このシミュレーションでは、高優先度フローコントローラＨＰＣの性能評価を、前述の格子状トポロジーにおいて次のように設定されたトポロジーの下で行った。
【０１８０】
（Ｃ）格子の第１の列及び第２の列にそれぞれ沿った２つの高優先度フローを選択した。両方のフローのルートは、ルートカップリングを発生させるのに十分なほど物理的に近接している（以下、第３のトポロジーという。）。
【０１８１】
図３０は、２つの高優先度フローＨ１及びＨ２が存在して互いにカップリングされる場合において、本実施形態に係るフローレート制御として適応的なパケット注入レート制御を実行したとき（すなわち高優先度フローコントローラＨＰＣを動作させたとき）の、各高優先度フローＨ１及びＨ２のパケット注入間隔の時間的変化を示すグラフであり、図３１は、対応するパケット伝送率とスループットを示す表である。図３０及び図３１のシミュレーションでは、２つの高優先度フローＨ１及びＨ２のパケット注入間隔を最適化してそのパケット伝送率及びスループットを最大化するとともに、高優先度フローＨ１及びＨ２間に公平さを達成するために、高優先度フローＨ１及びＨ２に対する適応的なフローレート制御が行われている。
【０１８２】
図３０に示されたシミュレーション結果において、２つの高優先度フローの発信元無線局は、パケット損失なしにアドホック無線ネットワークの通信システムにおいて達成可能な最大のパケット伝送率及び最大のスループットを保証するように、それらのパケット注入間隔を最適化する。この図３０のグラフは、高優先度フローＨ１及びＨ２の両方が、最初にそれらのＰＩＩを急激に増大した後で、互いを保護するためにそれらのＰＩＩを共通の設定値に合わせるように適応化させることを示している。このパケット注入間隔の共通の設定値が、システムの処理能力を超えて短縮されると、ＰＡＩのＰＩＩからの偏差として誤差が入り込む。すると、これら２つの高優先度フローはそれらのＰＩＩを急激に増大させ、誤差を最小化する。
【０１８３】
図３１に示されたシミュレーション結果によれば、適応型の高優先度フローコントローラＨＰＣを使用するとき、両方の高優先度フローＨ１及びＨ２のパケット伝送率が約０．６から約１にまで増大するばかりでなく、それらのスループットも各々１２４ｋｂｐｓ及び１２９ｋｂｐｓから１３１ｋｂｐｓ及び１３２ｋｂｐｓへと増大する。このように、ルートカップリングされた複数の高優先度フローの間で、分散型の方式で公平さが動的に達成され得る。このシミュレーション結果を得る際に使用した、実験的に調整された式（１６）のパラメータｋｐの値は、０．１である。
【０１８４】
以上説明したシミュレーション結果は、オーバーヘッドのない理想的な環境の格子状トポロジーにおける低優先度フローコントローラＬＰＣ及び高優先度フローコントローラＨＰＣの評価であるが、次に、ランダムトポロジーにおけるシステム性能の評価についてのシミュレーション結果を説明する。
【０１８５】
このシミュレーションでは、本発明者らが開発した指向性ＭＡＣプロトコルのような位置追跡機構を有する、回転セクタに基づく受信機側に装備する指向性ＭＡＣプロトコルを実装した（非特許文献１６を参照）。また、このシミュレーションでは、本発明者らが開発した指向性ルーティングプロトコルのような、ネットワークを認識したルーティングプロトコルを用いた（非特許文献８を参照）。ＭＡＣ層及びルーティング層の様々な制御パケットのオーバーヘッドを伴う実際的なシナリオにおいて本発明の実施形態に係るフローレート制御方式の有効性を示すため、このＭＡＣプロトコル及びルーティングプロトコル上に本実施形態に係るフローレート制御方式を実装した。１５００ｍ×１５００ｍの正方形の有界領域に１００個のノード無線局を有するランダムトポロジーにおいて、高優先度フローとしての１つの発信元無線局及び宛先無線局のペアをランダムに選択し、かつ低優先度フローとしてのさらに５個の発信元無線局及び宛先無線局のペアをランダムに選択した。システム性能の評価は、各ノード無線局が静的に配置された場合と、各ノード無線局が領域内を移動する場合との両方に関して行った。
【０１８６】
まず、図３２及び図３３を参照して、各ノード無線局が領域内に静的かつランダムに配置された場合のシミュレーション結果について説明する。
【０１８７】
図３２は、フローレート制御方式を実装したノード無線局からなる５つの低優先度フローと共存する場合の高優先度フローの性能を、各低優先度フローがフローレート制御を実行しない場合と、高優先度フローが単独で動作しかつ他にフローが存在しない場合との比較で示したものである。高優先度フローが単独で動作する場合、これはほぼ８６ｋｂｐｓのスループットをもたらす。他の５つの低優先度フローが導入されかつフローレート制御を実行しない場合は、図３２から明らかであるように、この高優先度フローのスループットはその以前の値のほぼ半分にまで劣化する。低優先度フローが存在しても、その各低優先度フローにおいて本実施形態に係るフローレート制御方式を使用すれば、高優先度フローのスループットは、当該高優先度フローが単独で動作していたときの値とほぼ同じになる。
【０１８８】
図３３は、各低優先度フローがフローレート制御を使用しない場合（又は優先度の割り当てがない場合）と、本実施形態に係るフローレート制御を使用する場合（優先度の割り当てがある場合）との２つのシナリオにおける５つの低優先度フローの性能を示している。本実施形態に係るフローレート制御方式を導入した後でも、低優先度フローは引き続き、フロー制御を行わなかった場合のその平均スループットの９０％を保持することができる。このことは、低優先度フローのフローレートが高優先度フローのフローレートを保持するのに十分なほど低下されなかったからではない。低優先度フローのパケット注入レートが最適に制御されると輻輳は低下し、このように媒体の利用を適正化することによって、パケット損失は無視できるほど小さくなる。本実施形態に係るフローレート制御方式は、高優先度フローを保護することに加えて、さらに低優先度フローのスループットを最大化することができ、パケット信号は、ネットワークがその時点で処理し得る最適なレートで注入される。
【０１８９】
次に、図３４及び図３５を参照して、各ノード無線局が領域内を移動する場合のシミュレーション結果について説明する。連続的に変化しているトポロジーにおいても本発明の実施形態に係るフローレート制御方式が頑健であることを示すために、ノード無線局装置が毎秒０−１０メートルで移動しているという条件下で、本実施形態に係るプロトコルを試験しかつ評価した。輻輳情報が低優先度フローの発信元無線局へ高速で逆伝搬され、当該発信元無線局はそのフローレートの制御量を適応的に決定できることから、より優れた性能を達成することが可能である。
【０１９０】
図３４は、本発明の実施形態に係るフローレート制御方式における高優先度フローの性能を、低優先度フローがフローレート制御を実行しない場合と、高優先度フローが単独で動作しかつ他にフローが存在しない場合との比較で示したものである。高優先度フローは、単独で動作するとき、ほぼ１３３ｋｂｐｓのスループットをもたらす。他の５つの低優先度フローが導入されかつフローレート制御を実行しない場合は、図３４から明らかであるように、この高優先度フローのスループットはその以前の値のほぼ３分の１未満にまで劣化する。低優先度フローが存在しても、本発明の実施形態に係るフローレート制御方式を使用すれば、この高優先度フローのスループットはほぼ１２７ｋｂｐｓにまで増大する。
【０１９１】
図３５は、各低優先度フローがフローレート制御を使用しない場合（又は優先度の割り当てがない場合）と、本実施形態に係るフローレート制御を使用する場合（優先度の割り当てがある場合）との２つのシナリオにおける５つの低優先度フローの性能を示している。この評価において最も興味深い部分として、本実施形態に係るフローレート制御方式（又はパケット注入レート制御方式）を導入した後で、低優先度フローはむしろその平均スループットを向上する可能性があるということが示されている。この向上は、低優先度フローのパケット注入レートの最適制御によりネットワークの輻輳が減少し、パケット損失を最小限に抑えた媒体の最適な利用がもたらされることから可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１９２】
【図１】本発明に係る一実施形態であるアドホック無線ネットワークを構成する複数のノード無線局１−１乃至１−９の平面配置図である。
【図２】図１の各ノード無線局１の内部構成を示すブロック図である。
【図３】図１のアドホック無線ネットワークにおいて用いられるパケットデータの一般的なフォーマットを示す図である。
【図４】（ａ）は図１のアドホック無線ネットワークにおいて用いるＲＴＳパケット信号のフォーマットを示す図であり、（ｂ）は図１のアドホック無線ネットワークにおいて用いるＣＴＳパケット信号のフォーマットを示す図である。
【図５】従来技術における問題点を示す図であって、オムニアンテナを用いたとき、ルート｛Ｓ２−Ｄ２｝上の低優先度フローがルート｛Ｓ１−Ｄ１｝上の高優先度フローを妨害する場合を示す平面図である。
【図６】図１のアドホック無線ネットワークに適用される、基本的なフィードバックコントローラを概略的に示すブロック図である。
【図７】図６のフィードバックコントローラを図１のアドホック無線ネットワークに適用した場合であり、かつ互いにルートカップリングする単一の高優先度フローと単一の低優先度フローとが存在する場合の、優先度に基づいたフローレート制御装置を概略的に示すブロック図である。
【図８】図６のフィードバックコントローラを図１のアドホック無線ネットワークに適用した場合であり、かつ互いにルートカップリングする単一の高優先度フローと複数の低優先度フローとが存在する場合の、優先度に基づいたフローレート制御装置を概略的に示すブロック図である。
【図９】図６のフィードバックコントローラを図１のアドホック無線ネットワークに適用した場合であり、かつ互いにルートカップリングする複数の高優先度フローと複数の低優先度フローとが存在する場合の、優先度に基づいたフローレート制御装置を概略的に示すブロック図である。
【図１０】本実施形態において、図２の可変ビームアンテナ１０１にセクターパターンを設定して用いたとき、ルート｛Ｓ２−Ｄ２｝上の低優先度フローがルート｛Ｓ１−Ｄ１｝上の高優先度フローと同時に存在することができることを示す平面図である。
【図１１】図２の可変ビームアンテナ１０１によって形成されるノード無線局１−ｎの送信ゾーンＴＺｎ（α，β，Ｒ）を示す図である。
【図１２】図２のデータベースメモリ１５４において格納される方位角及び信号強度レベルテーブル（ＡＳテーブル）の一例を示す表である。
【図１３】図２のデータベースメモリ１５４において格納されるパケット到着間隔テーブル（ＰＡＩテーブル）の一例を示す表である。
【図１４】図２のデータベースメモリ１５４において格納されるパケット注入間隔テーブル（ＰＩＩテーブル）の一例を示す表である。
【図１５】低優先度フローのパケット信号を伝送する各ノード無線局において検出された当該低優先度フローの近傍における高優先度フローのパケット注入間隔の最大値を、当該低優先度フローの発信元無線局に向けて逆伝搬させる処理を概略的に示す図である。
【図１６】高優先度フローのパケット信号を伝送する各ノード無線局において検出された当該高優先度フローの近傍における他の高優先度フローの平均のパケット到着間隔及び平均のパケット注入間隔を、当該高優先度フローの発信元無線局に向けて逆伝搬させる処理を概略的に示す図である。
【図１７】図１のアドホック無線ネットワークにおいて用いられる各ノード無線局での放射パターンの種類と無線通信プロトコルを示すタイミングチャートである。
【図１８】図１のアドホック無線ネットワークにおいて用いられるビーコン信号の動作を示すタイミングチャートである。
【図１９】図２のノード無線局１の管理制御部１０５に従って実行されるパケット送受信制御処理を示すフローチャートである。
【図２０】図１９のサブルーチンであるその他の信号の受信処理（ステップＳ７）を示すフローチャートの第１の部分である。
【図２１】図１９のサブルーチンであるその他の信号の受信処理（ステップＳ７）を示すフローチャートの第２の部分である。
【図２２】図１９のサブルーチンであるその他の信号の受信処理（ステップＳ７）を示すフローチャートの第３の部分である。
【図２３】図１９のサブルーチンであるＰＡＩ削除処理（ステップＳ１２）を示すフローチャートである。
【図２４】本実施形態のシミュレーション結果であって、単一の高優先度フローと単一の低優先度フローとが存在するときの、高優先度フローのパケット到着間隔と低優先度フローのパケット注入間隔との時間的変化を示すグラフである。
【図２５】本実施形態のシミュレーション結果であって、単一の高優先度フローと単一の低優先度フローとが存在するときの、適応的パケット注入レート制御の結果を示す表である。
【図２６】本実施形態のシミュレーション結果であって、単一の高優先度フローと単一の低優先度フローとが存在するときの、低優先度フローのパケット注入間隔に対する各フローのスループットを示すグラフである。
【図２７】本実施形態のシミュレーション結果であって、単一の高優先度フローと単一の低優先度フローとが存在するときの、低優先度フローのパケット注入間隔に対する各フローのパケット伝送率を示すグラフである。
【図２８】本実施形態のシミュレーション結果であって、１つの高優先度フローと２つの低優先度フローとが存在するときの、高優先度フローのパケット到着間隔と低優先度フローのパケット注入間隔との時間的変化を示すグラフである。
【図２９】本実施形態のシミュレーション結果であって、１つの高優先度フローと２つの低優先度フローとが存在するときの、適応的パケット注入レート制御の結果を示す表である。
【図３０】本実施形態のシミュレーション結果であって、２つの高優先度フローが存在するときの、各高優先度フローのパケット注入間隔の時間的変化を示すグラフである。
【図３１】本実施形態のシミュレーション結果であって、２つの高優先度フローが存在するときの適応的パケット注入レート制御の結果を示す表である。
【図３２】本実施形態のシミュレーション結果であって、複数のノード無線局が領域内に静的かつランダムに配置され、高優先度フローのみが存在するとき、高優先度フロー及び５つの低優先度フローが存在してフローレート制御を行わないとき、並びに、高優先度フロー及び５つの低優先度フローが存在してフローレート制御を行うときにおける高優先度フローのスループットの比較を示すグラフである。
【図３３】本実施形態のシミュレーション結果であって、複数のノード無線局が領域内に静的かつランダムに配置され、高優先度フロー及び５つの低優先度フローが存在するとき、フローレート制御の有無に対する低優先度フローの平均スループットを示すグラフである。
【図３４】本実施形態のシミュレーション結果であって、複数のノード無線局が領域内を移動し、高優先度フローのみが存在するとき、高優先度フロー及び５つの低優先度フローが存在してフローレート制御を行わないとき、並びに、高優先度フロー及び５つの低優先度フローが存在してフローレート制御を行うときにおける高優先度フローのスループットの比較を示すグラフである。
【図３５】本実施形態のシミュレーション結果であって、複数のノード無線局が領域内を移動し、高優先度フロー及び５つの低優先度フローが存在するとき、フローレート制御の有無に対する低優先度フローの平均スループットを示すグラフである。
【符号の説明】
【０１９３】
１，１−１乃至１−９…ノード無線局、
１０，２０…減算器、
１１…コントローラ、
１２…プラント装置、
２１…フローコントローラ、
２２…ネットワークにおけるフローシステム、
２３…フローレートを逆伝搬させるシステム、
２４…高優先度フローの設定値コントローラ、
１０１…可変ビームアンテナ、
１０２…サーキュレータ、
１０３…放射パターン制御部、
１０４…パケット送受信部、
１０５…トラヒックモニタ部、
１０６…回線制御部、
１０７…上位レイヤ処理装置、
１３０…パケット受信部、
１３１…高周波受信機、
１３２…復調器、
１３３…受信バッファメモリ、
１４０…パケット送信部、
１４１…送信タイミング制御部、
１４２…送信バッファメモリ、
１４３…変調器、
１４４…高周波送信機、
１５１…管理制御部、
１５２…検索エンジン、
１５３…更新エンジン、
１５４…データベースメモリ、
１６０…拡散符号発生器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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